Indonesian Journal of Chemical Science and Technology

## State University of Medan
e-ISSN : 2622-4968, p-ISSN : 2622-1349
IJCST-UNIMED, Vol. 05, No. 2, Page ; 102 – 105
Received : June 17 th , 2022 Accepted :  July 28 th , 2022             Web Publised ; July 30 th , 2022
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Ethanol Production Comparison from Agricultural Waste of Cellulose Source Within Hydrolysis Hcl and Cellulose Enzyme
Indra Masmur a* , Clairine b , Mega Evelin Rajagukguk b , Teti Purwita Sari b dan Elvri Melliaty Sitinjak c
a Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Universitas Sumatera Utara, Medan- 20155, Indonesia.
b Organic  Chemistry  Laboratory,  Faculty  of  Mathematics  and  Natural  Sciences,  Universitas  Sumatera  Utara, Medan-20155, Indonesia.
c Department of Chemical Engineering , Politeknik Teknologi Kimia Industri, Medan-20228, Indonesia *Email : Intar76@yahoo.com

## ABSTRACT
The production of Ethanol has been utilized through the process of cellulose isolation from agricultural waste such  as  corn  husk,  rice  straw  and  rice  husk.  Isolation  of  cellulose  with  pretreatment  delignification  using, NaOH 2% to produces cellulose of corn husk 16,6921 g (22,25%), rice straw 16,9021 g (22,53%) and rice husk 16,3691 g (21,85%) then analyzed the functional groups using FT-IR and SEM analysis. Cellulose as much as 2 g is hydrolyzed using HCl 30% and cellulase enzymes to obtain sugar that is qualitatively tested with Benedict and Tollens reagent and quantitatively tested with Luff Schoorl method and produces highest sugar content of rice husk 8,64% and 10,95%. The next stage sugar of hydrolysis will be fermented using  yeast (Saccharomyces cerevisiae) with 6 days, and then distilled at a temperature of 78-80 o C. Ethanol was calculated by the potassium dichromate  oxidation  method  to  gave  highest  result  from  agricultral  waste  of  ethanol  chemical  5,97%  and enzymatic 6,89% is rice husk.
Keywords : Etanol, Glukosa, Hidrolisis, Sampah Pertanian

## I. Pendahuluan
Indonesia  merupakan  negara  penghasil  bahan pangan  dalam  jumlah  besar  seperti  beras,  jagung, sayuran  dan  buah-buahan.  Sektor  pertanian mengalami peningkatan setiap tahunnya akan tetapi hal  tersebut  tidak  dibarengi  dengan  pemanfaatan limbahnya sehingga dapat mencemarkan lingkungan. Limbah pertanian umumnya mengandung  pati,  selulosa  dan  hemiselulosa  yang cukup  tinggi.  Kandungan  kimia  limbah  pertanian
tersebut dapat dijadikan sebagai bahan baku dalam proses pembuatan etanol (Khaidir, 2016).
Etanol ini dibuat melalui proses hidrolisis dan fermentasi.  Etanol  dapat  dihasilkan  dari  gula sederhana, pati, dan selulosa. Etanol merupakan zat cair, berbau khas, tidak berwarna, mudah menguap dan  terbakar  serta  dapat  bercampur  dalam  air. Ketika  etanol  dihasilkan  dari  biomassa  yang mengandung  pati  atau  selulosa,  maka  etanol mampu  menjadi  bioenergi.  Salah  satu  proses
pembuatan etanol  dalam  industri  dengan  cara fermentasi. Proses pengolahan lignoselulosa menjadi etanol terdiri dari empat tahap utama, yaitu pretreatment (perlakuan awal), hidrolisis, fermentasi, dan pemisahan produk/purifikasi (Mosier, 2005).
Hayuningtias et al (2014) telah melaporkan  etanol  dari  jerami  padi  dengan delignifikasi menggunakan NaOH
10% menghasilkan kadar etanol tertinggi pada fermentasi  hari  ke-5  sebesar    8,96%.  Khaira et  al (2015)  telah  melaporkan  pembuatan  etanol  dari tongkol  jagung  dengan  variasi  waktu  fermentasi selama  72  jam  yaitu  8%  etanol.  Baharuddin et  al (2016)  telah  melaporkan  etanol  dari  jerami  padi dengan  fermentasi  menggunakan Aspergillus  nifer menghasilkan  etanol  sebesar  0,24%.  Singh et  al
(2017) telah melaporkan bioetanol dari sekam padi menggunakan  H 2 SO 4 menghasilkan  kadar  etanol sebesar  6,34%.  Vicky et  al  (2019) telah melaporkan pembuatan bioetanol dengan perbandingan  konsentrasi  asam  sulfat  dari  kulit kako  ( Theobroma  cacao L )  menghasilkan  kadar etanol  sebesar  1,07%. Suarya  et  al (2016)  telah melaporkan  bioetanol  dari  sekam  padi  dengan pengaruh  dosis  fermentor  yang  digunakan  variasi waktu.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  kadar bioetanol tertinggi didapatkan pada dosis ragi 10% dan waktu fermentasi 7 hari sebesar 13,0227%.
Pada umumnya, penelitian tentang limbah pertanian sudah banyak dilakukan dalam mengurangi pencemaran lingkungan. Dalam penelitian  ini,  peneliti  ingin  memanfaatkan  limbah tongkol  jagung,  jerami  padi,  dan  sekam  padi sebagai  selulosa  yang  ditransformasikan  sebagai etanol.  Dimana,  penelitian  ini  bertujuan  untuk membandingkan  hasil  etanol  dari  limbah  kulit jagung, sekam padi, dan jerami padi.

## II. Metodologi Penelitian
2.1. Alat, Bahan, dan Instrumen
Alat  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini ialah beaker  glass,  erlenmeyer,  hotplate,  magnetic stirrer,  oven  blower, termometer, autoclave , inkubator, waterbath ,  gelas  ukur,  labu  leher  dua, kondensor, labu destilat.
Bahan  yang  digunakan  Kulit  Jagung,  Sekam Padi,  Jerami  Padi,  Tandan  Kosong  Kelapa  Sawit, HNO 3, NaOH,  Na 2 SO 3 ,  NaOCl,  H 2 O 2 ,  HCl, K 2 Cr 2 O 7 ,  Fe(NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2 .6H2O,  enzim  Selulase,
Ragi  roti  ( Saccharomyses  Cerevisiae ).  Instrumen yang digunakan adalah FT-IR ( Fourier Transform- Infra Red ) dan SEM ( Scanning Electron
Microscopy ).
2.2. Prosedur penelitian
Pada  tahap  awal  dilakukan  delignifikasi menggunakan pelarut NaOH dan Na 2 SO 3 2%. Hasil selulosa yang diperoleh dianalisis dengan FTIR dan SEM.  Selulosa  yang  di  dapat  di  hidrolisis  secara kimia  dengan  penambahan  HCl  30%  yang dipanaskan  pada  suhu  80 o C  selama  30  menit. Kemudian ditambahkan NaOH  10%  hingga pH=4- 4,5.  Sedangkan,  Hidrolisis  secara  enzim  dengan penambahan  enzim  selulase.  Glukosa  yang diperoleh  diuji  secara  kualitatif  dan  kuantitatif Kemudian  glukosa  yang  diperoleh  difermentasi dengan ragi roti dan didestilasi sehingga dihasilkan bioetanol.  Kadar  bioetanol  hasil  pemisahan  diuji dengan metode oksidasi kalium dikromat.
III. Hasil dan Diskusi 3.1. Analisis FT-IR
Gambar 1 Spektrum FT-IR Selulosa
Hasil  spektrum  FT-IR  α-selulosa  dari jerami  padi  menunjukkan  gugus-gugus  yang terdapat  pada  selulosa,  pada  daerah  bilangan gelombang  3339,7  cm-1  menunjukkan  puncak vibrasi  dari  gugus  -OH,  pada  bilangan  gelombang 2892,4 cm-1 menunjukkan puncak vibrasi starching CH sp3 pada bilangan gelombang 1423,8 menunjukkan  puncak  vibrasi  -CH2  bending  pada bilangan  gelombang  1021,3  cm-1  menunjukkan puncak  vibrasi  gugus  C-O-C  yang  merupakan ikatan  antara  C1-C4  dan  ikatan  β-1,4-glikosidik Hasil  analisis  FT-IR  α-Selulosa  dari  sekam  padi menunjukkan  spektrum  dengan  puncak  vibrasi pada daerah bilangan gelombang 3317,3 cm-1 yang menunjukkan  gugus  -OH  stretching,  pita  serapan 2885,0  cm-1  yang  menunjukkan  gugus  C-H
stretching ( -CH 2 , -CH 3 ), pita serapan 1416,4 cm-1 menunjukkan  bilangan  gelombang  gugus  C-H bending,  pita  serapan  1021,3  cm-1  menunjukkan gugus  C-O-C  stretching.  Hasil  spektrum  FT-IR Selulosa Kulit  Jagung α-selulosa kulit jagung pada daerah bilangan gelombang 3295,0 cm-1 menunjukkan puncak vibrasi dari gugus –OH, pada bilangan  gelombang  2892,4  cm-1  menunjukkan puncak  vibrasi  straching  CHsp3  pada  bilangan gelombang  1423,8  cm-1  menunjukkan  puncak vibrasi  –CH2  bending  pada  bilangan  gelombang 1021,3 cm-1 menunjukkan puncak vibrasi gugus C- O-C  yang  merupakan  ikatan  antara  C1-C4  dan ikatan β-1,4- ikatan glikosidik (Pavia, 2001).
3.2. Analisis SEM
Gambar 2 SEM α-SelulosaJerami Padi
Gambar 3 SEM α-Selulosa Sekam Padi
Gambar 4 SEM α-Selulosa kulit jagung
Tabel 1 . Data Hasil Penelitian
Selulosa  adalah  sebuah  polimer  linear yang  terdiri  atas  1.500  D-glukosa  yang  terhubung dengan  ikatan  1,4  β-glikosidik  (Wahyudi,et.  al 2020).  Hidrolisis  meliputi  proses  pemecahan polisakarida  di  dalam  biomassa  berlignoselulosa, yaitu: selulosa dan hemiselulosa menjadi monomer gula  penyusunnya  (glukosa  dan  xilosa).  Hidrolisis sempurna  selulosa  menghasilkan  glukosa.  Reaksi hidrolisis  selulosa  dengan  bantuan katalisator  akan menghasilkan  glukosa.  Secara  umum  teknik hidrolisis  dibagi  menjadi  dua,  yaitu:  Hidrolisis secara  enzimatis  dan  hidrolisis  secara  kimiawi Hidrolsis asam dapat dilakukan menggunakan asam kuat  seperti,  HCl,  HNO 3 ,  dan  H 2 SO 4 yang dipanaskan  pada  suhu  mendidih  dan  dilakukan dalam beberapa jam (Machbubatul, 2008).
Diantara  asam-asam  tersebut  yang  sering digunakan adalah asam klorida (HCl) karena garam yang dihasilkan tidak berbahaya yaitu garam dapur (Murni,  2011).  Selain  itu  asam  klorida  (HCl) memiliki sifat mudah menguap sehingga memudahkan  dalam  pemisahan  dari  produknya, HCl  juga  menghasilkan  produk  yang  berwarna terang  (Endah et  al., 2007).  Selulosa  dapat dihidrolisis  dengan  menggunakan  asam  kuat dimana  akan  menghasilkan  selobiosa  dan  D- glukosa  (Aspinall,  1985).  Pada  proses  hidrolisis secara  enzimatik  dapat  digunakan  enzim  selulase atau  enzim  lainnya  yang  dapat  memecah  selulosa menjadi monomer-monomernya. Dilakukan pretreatment  menggunakan  enzim  selulase.  Enzim ini  bekerja  spesifik  untuk  mengubah  selulosa menjadi glukosa melalui tiga tahap. Tahap pertama memecah  ikatan  kristal  selulosa  berupa  ikatan crosslinked sehingga menjadi ikatan selulosa rantai lurus,  kemudian  memecah  ikatan  selulosa  berantai lurus menjadi selobiose, yaitu senyawa yang terdiri dari  dua  molekul  glukosa.  Kemudian  selobiose diubah menjadi molekul-molekul glukosa.
Fermentasi secara umum diartikan sebagai suatu proses konversi gula menjadi alkohol. Istilah fermentasi digunakan pada proses yang melibatkan mikroorganisme  seperti  bakteri,  yeast  dan  fungi
untuk  menghasilkan  produk  yang  berguna  bagi manusia.  Untuk  menghitung  kadar  etanol  hasil fermentasi  glukosa  yaitu  dengan  menggunakan metode oksidasi  kalium  dikromat  sehingga diperoleh  kadar  etanol  (hidrolisis  secara  kimia) untuk  kulit  jagung  5,40  %,  untuk  sekam  padi 5,97%  dan  untuk  jerami  padi  5,83%  sementara kadar  etanol  (hidrolisis  secara  enzimatis)  untuk kulit jagung 6,89 %, untuk sekam padi 6,82%, dan untuk jerami padi 6,68%.

## IV. Kesimpulan
Etanol  yang  dihasilkan  dari  proses  hidrolisis enzimatis  lebih  tinggi  dibandingkan  hidrolisis kimia.  Kadar  bioetanol yang diperoleh dari limbah kulit  jagung  hidrolisis  secara  kimia  sebesar  5,40% dan  hidrolisis  secara  enzimatis  sebesar  6,89%. Kadar bioetanol yang diperoleh dari limbah sekam padi  hidrolisis  secara  kimia  sebesar  5,97%  dan hidrolisis  secara  enzimatis  sebesar  6,82%.    Kadar bioetanol  yang  diperoleh  dari  limbah  jerami  padi hidrolisis  secara  kimia  sebesar  5,83  %  dan hidrolisis secara enzimatis sebesar 6,68 %.

## Referensi
1. Aspinal GO. (1985). The Polysaccharide (3)
2. Endah R. (2007). Pengaruh Kondisi Fermentasi Terhadap  Yield  Etanol  Pada  Pembuatan Bioetanol Dari Pati Garut
3. H. Singh. (2017). “Bio-ethanol production from rice  husk  using  simultaneous  saccharification and fermentation and optimization of pretreatment methods.” International Journal of ChemTech Research . 10(3), 5-7. 4. Khaidir.  (2016).  “Pengolahan  limbah  pertanian sebagai bahan bakar alternatif.” Agrium . 13(2),
63– 68.
5. Khaira.  (2015).  “Pembuatan  Bioetanol  dari limbah  Tongkol  Jagung  menggunakan  proses Simultaneous  Sacharification  and  Fermentation (SSF)  dengan  variasi  konsentrasi  Enzim  dan waktu Fermentasi.” Media neliti . 1 (1), 3-5.
6. M.  Baharuddin.  (2016).  “Produksi  Bioetanol dari Jerami   Padi  (Oryza  sativa  L.)  dan  Kulit Pohon  Dao  (Dracontamelon)  melalui  Proses Sakarifikasi  dan  Fermentasi  Serentak  (SFS).”
Chimica et Natura . 4(1), 3-4.
7. Machbubatul  C.  (2008). Pembuatan  Kaldu  dari Kepala Ikan Tuna dengan Cara Hidrolisis Asam (kajian Penambahan Air dan pH).
8. Murni H. (2011). Nanosains dan Nanoteknologi
9. N.  Mosier.  (2005).  “Features  Of  Promising
Technologies For Pretreatment Of
Lignocellulosic Biomass.” Bioresource Technology . 96(1), 673-686. 10. P.  Suarya.  (2016).  “Pengaruh  Dosis  Fermentor Dan  Waktu  Fermentasi  Terhadap  Kadar  Etanol Dalam  Produksi  Bioetanol  Dari  Sekam  Padi.”
Jurnal Virgin . 2 (1) 11. Pavia  DL.  (2001) Introduction  Spectroscopy (3 nd edition).
12. Viky.  “Pengaruh  Konsentrasi  Asam  Sulfat (H 2 SO 4 )  Dan  Waktu  Hidrolisis  Terhadap Kandungan Glukosa Dan Kadar Bioetanol Dari Limbah  Kulit  Kakao  ( Theobroma  cacao  L .).” S.T.  disertasi,  Universitas  Muhammadiyah Surakarta, Surakarta, 2019.
13. Wahyudi  A,  Liliasari,  Supriyati  FM.  (2020). Biomolekul dalam Konteks Kentang, Bahan Ajar Biokimia .