## Proses Pembuatan Etanol Dari Gula Menggunakan
Saccharomyces Cerevisi ae Amobil

## Emmanuela M. Widyanti* dan Bintang Iwhan Moehadi
Politeknik Negeri Bandung Jl. Gegerkalong Hilir, ds. Ciwaruga, Bandung, Jawa Barat 40559, Indonesia Email : emmanuela25@ymail.com

## Abstrak
Etanol  merupakan  bahan  kimia  yang  mempunyai  kegunaan  sangat  luas,  didapatkan  secara  fermentasi menggunakan  substrat  bahan  mengandung  gula,  bio-katalis  dari  khamir  Saccharomyces  cerevisiae  yang diamobilisasi. Saat ini  fermentasi lebih banyak menggunakan bio-katalis dari khamir sebagai sel bebas dan proses  secara  batch,  penggunan  sel  amobil  dengan  proses  kontinyu  belum  banyak  dilakukan.  Penelitian dilakukan  menggunakan  substrat  sukrosa,  glukosa  dan  gula  cair,  bio-katalis  dari  khamir  Saccharomyces cerevisiae  yang  diamobilisasi,  dilakukan  dalam  reaktor  kolom.  Sel  amobil  didapatkan  dengan  melakukan pencampuran  Saccharomyces  cereviseae  sebagai  inokulum  pada  kurva  pertumbuhan  logaritmik  18  jam dicampur Na Alginat 8 % dalam larutan CaCl 2 2 %. Proses fermentasi dilakukan menggunakan reaktor kolom pada  laju  alir  substrat  6  mL/menit  dan  waktu  tinggal  41,03  menit  dengan  sistem  kontinyu.  Hasil  dianalisa setiap 30 menit, dari menit ke-0 sampai 240,  didapatkan hasil sebagai berikut, sukrosa mengalami penurunan 8,64–7,88  %  dan  pembentukan  etanol  0–3,11  %,  sedangkan  penurunan  glukosa  8,45–7,08%  dan  kenaikan etanol 0–4,46 %, gula cair terjadi penurunan 8,45–6,94 % dan kenaikan etanol   0–4,46 %, pengujian dilakukan menggunakan  brixmeter  dan  etanol  sensor.    Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  perbedaan  penurunan substrat  tidak  terlalu  significant,  sedangkan  pembentukan  etanol  pada  substrat  glukosa  dan  gula  cair  tidak banyak perbedaan , karena gula cair yang digunakan mempunyai kemurnian tinggi. Dari penelitian tersebut didapatkan  bahwa  Saccharomyces  cerevisieae  amobil  dapat  digunakan  sebagai  bio  –  katalis  dalam pembentukan etanol, hasil yang didapatkan lebih murni dan bio –katalis dapat digunakan lebih dari satu kali.
Kata Kunci : sel amobil, Saccharomyces cerevisiae, fermentasi, bio-katalis

## Abstract

## Production Etanol From Sugar With Saccharomyces Cerevisiae Immobilized
Etanol is very useful chemical material. Made by  Saccharomyces cerevisiae immobilized. The most method of etanol  fermentation  is  Saccharomyces  cerevisiae  by  batch  fermentation  processes.  Another  method  called immobilized is not familiar. This research was done in column-reactor using substrat sucrose, glucose and liquid sugar. Immobilized cell is produced by mixed Saccharomyces cerevisiae at logaritmic growth curve 18 hour with Na Alginat 18 % and liquid CaCl 2 2 %. Flow rate of substrat 6 mL/minutes and residence time 41.03 minutes in continuous system. The result of product analyzed every 30 minutes (0–240 minutes) : sucrose decreasing 8.64– 7.88  %,  etanol  produced  0–3.11  %,  glucose  decreasing  8.45–7.08  %,  etanol  produced  0–4.46  %,  liquid  sugar 8.45–6.94 %, etanol increasing 0–4.46 %, measured by brixmeter and etanol sensor. The result of the research : differences of substrat decreasing is not significant, etanol product from glucose and liquid sugar not significant because  the  purity  of  liquid  sugar  is  high.  The  conclusion  of  the  research  is  Saccharomyces  cerevisiae immobilized can be use as bio-catalyst in etanol production, the product is have good purity and bio-catalyst can be used more than once.
Keyword : Immobilized cell, Saccharomyces cerevisiae, fermentation, bio-catalyst

## PENDAHULUAN
Indonesia  merupakan  negara  dengan jumlah  penduduk  cukup  besar,  sehingga  negara perlu  menyediakan  berbagai  kebutuhan,  seperti sandang,  pangan,  papan  dan  penyediaan  energi seperti bahan bakar.
Peningkatan  kebutuhan  enerji  listrik  perlu mendapat  perhatian,  mengingat  kebutuhan  terus meningkat sepanjang tahun, Selama ini kebutuhan energi  dunia  dipenuhi  oleh  sumber  daya  tak terbarukan  seperti  minyak  bumi  dan  batu  bara. Kondisi  ini  perlu  disikapi  dengan  mencari  sumber energi  baru  atau  peningkatan  produksi  bahan bakar  yang  didapatkan  dari  energi  alternatif  yang dapat  diperbaharui  atau  dikenal  dengan  enerji terbarukan.  Salah  satu  adalah  memanfaatkan biomassa, senyawa organik maupun limbah untuk dikonversi  menjadi  energi  yang  bersifat  dapat diperbaharui (Arias dan Astriana W, 2011).
Etanol merupakan salah satu bahan  bakar alternatif  yang  perlu  dikembangkan,  dibuat  dari bahan  baku  yang  ketersediaannya  melimpah, berharga murah. Bahan bakar ini  dalam beberapa dekade  terakhir,  menjadi  salah  satu  obyek penelitian yang menarik untuk mengetahui potensi dari  bahan  lignoselulosa  dalam  memproduksi etanol.
Beberapa industri di Indonesia memanfaatkan  dari  limbah  industri  gula  atau dibuat dari tetes tebu
menggunakan Saccharomyces cerevisea sebagai sel bebas dengan proses batch , sehingga sel hanya dapat digunakan sekali.  Penggunaan  sel  amobil  saat  ini  belum menjadi  alternatif,  meskipun  dalam  penggunaan teknologi  amobilisasi  sel  memberikan  dampak positif  dalam  kegiatan  pengembangan  produk, yaitu  dapat  digunakan  lebih  dari  sekali,  stimulasi produksi metabolit, dan memberikan perlindungan pada  sel  dari  pengaruh  lingkungan  yang menyebabkan kontaminasi.
Selain  itu  penggunaan  sel  amobil  akan memudahkan  dalam  pemisahan  produk,  sehingga produk  yang  dihasilkan  lebih  murni,  dapat memberikan  peningkatan  kepadatan  sel  sehingga membuat  proses  lebih  efisien.  Pengaruh  kinerja dari sel amobil akan diterapkan dalam pembuatan etanol menggunakan Saccharomyces cerevisea dari substrat gula.

## Fermentasi Gula menjadi Etanol
Etanol  merupakan  salah  satu  produk penting dalam bidang kesehatan dan energi, dapat dibuat  menggunakan  metode  fermentasi  atau biasa  juga  disebut  dengan  peragian,  yaitu  proses perubahan  kimia  dalam  suatu  substrat  organik yang  dapat  berlangsung  karena  aksi  katalisator biokimia,  yaitu  enzim  yang  dihasilkan  oleh mikroba-mikroba  hidup  tertentu,  terjadi  karena aktifitas  mikroba  penyebab  fermentasi  pada substrat  organik  sesuai.  Fermentasi  dapat menyebabkan  perubahan  sifat  bahan  pangan, sebagai  akibat  dari  pemecahan  kandungan- kandungan bahan pangan tersebut (Fardiaz, 1992), terjadi  perubahan  kimia  dari  zat  organik  karena mikroorganisme  penyebab  fermentasi  bereaksi dengan  substrat  organik  yang  sesuai  dengan pertumbuhannya (Buckle, 1985).
Menurut Frazier dan Westhoff (1978) proses fermentasi  dapat  dibedakan  atas  2    tingkatan, dapat dijelaskan seperti berikut :
1. Peragian tingkat pertama, berlangsung  dalam keadaan aerob (adanya O2) yang terlarut dan di  permukaan,  berfungsi  memperbanyak  ragi (khamir)  yang    dapat  ditandai  timbulnya  gas asam arang, reaksi sebagai berikut :
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O  + 36 ATP Pada proses fermentasi tingkat pertama tidak ada atau sedikit sekali etanol yang dihasilkan
2. Fermentasi  berlangsung  dalam  keadaan anaerob.  Pada  tahap  ini  khamir  dan  enzim yang  dihasilkan  sudah  cukup  banyak, sehingga  akan  berlangsung  fermentasi, sampai  sebagian  atau  seluruh  gula  dirubah menjadi etanol, dengan reaksi : C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP Etanol  yang  dihasilkan  dari  proses fermentasi    dapat  digunakan  dalam  berbagai keperluan  antara  lain  :  sebagai  pelarut, desinfektan,  sebagai  bahan  baku  industri  kimia, bahan bakar dan sebagai bahan minuman. Pelczer (1988)  menyatakan  etanol  merupakan  sumber energi  yang  dapat  digunakan  untuk  campuran bahan bakar konvensional, seperti gasohol.

## Amobilisasi Sel
Amobilisasi  sel  adalah  sel  yang  terjerap dalam  matriks  tertentu,  bahan  yang  digunakan
sebagai  matriks  tidak  larut  dalam  substrat, bertujuan  membuat  sel  menjadi  tidak  bergerak atau  berkurang  ruang  geraknya  sehingga  sel menjadi  terhambat  pertumbuhannya  dan  substrat yang diberikan hanya digunakan untuk menghasilkan produk. Material pendukung berupa sistem  matriks,  membran  atau  permukaan  zat padat  tertentu,  biasa  digunakan  sebagai carrier dalam  amobilisasi  sel.  Sistem  matriks  untuk amobilisasi sel biasanya menggunakan gel polimer hidrofilik  molekular  tinggi  seperti  alginat, carragenan dan agarosa. Dengan bahan ini, sel-sel diamobilisasi  dengan  cara  penjebakan  dalam  gel yang  bersangkutan  (Prakasham  dan  Ramakrishna, 1998).
Penggunaan
dimaksudkan untuk meningkatkan stabilitas dan membuat sel, orgamel dan enzim dapat digunakan secara terus menerus (Brodelius, 1987). Sel amobil membuat sel menjadi berkurang  ruang  geraknya,  namun  aktivitas katalitik tetap dapat dipertahankan.
Karakteristik  dinding  sel  mikroorganisme satu  sama  lain  berbeda.  Perbedaan  ini mempengaruhi  efektifitas  mobilisasinya  pada berbagai  bahan  pendukung.  Suatu  bahan pendukung  tertentu  dapat  memberikan  kualitas amobilisasi  yang  lebih  baik  dibandingkan  bahan pendukung  lain,  karena  lebih  cocok  dengan  sel yang  diamobilisasi,  misalnya  kesesuaian  jumlah gugus  hidrofil  antara  bahan  pendukung  dan  sel. Pada  umumnya  sel Saccharomices  cerevisiae diamobilisasi dengan metode entrapping menggunakan  matriks  polisakarida.  (Dias,  dkk., 2000).
Produksi  etanol  mempunyai  kendala  yaitu konsentrasi  etanol  yang  dihasilkan  sangat  rendah karena  produk  terakumulasi,  sehingga  meracuni mikroorganisme pada proses fermentasi. Akumulasi dari produk terlarut yang bersifat racun akan  menurunkan  secara  perlahan-lahan  dan bahkan  dapat  menghentikan  pertumbuhan  serta produksi  dari  mikroorganisme  (Minier  dan  Goma, 1982  dalam  Mulyanto,  dkk,  2009).  Menurut Youseff,  dkk  (1989)  dalam  Elevri  dan  Putra  (2006) sel Saccharomyces  cerevisiae yang  teramobilisasi dalam matriks Ca-alginat masih  mampu mengubah  85%  gula  menjadi  etanol  selama  28 hari fermentasi sistem batch.
Menurut Elevri dan Putra, 2006, penggunaan sel  amobil  dalam  pembentukan  etanol    dengan pengulangan  sampai  lima  kali  akan  terjadi penurunan etanol sebesar 20,05%.

## Aktifitas  Saccharomyces Cerevisea sebagai Sel Amobil
Khamir Saccharomyces  cerevisiae (ragi) merupakan  mikroorganisme  yang  bersel  tunggal dengan  panjang  1-5  µm  sampai  20-50  µm,  dan lebar  1-10  µm.  Bentuk  sel  khamir  bermacam- macam, yaitu bulat, oval, silinder, ogival yaitu bulat panjang dengan salah satu ujung runcing, segitiga melengkung  (triangular),  berbentuk  botol,  bentuk alpukat  atau  lemon,  membentuk  pseudomiselium, dan  sebagainya  seperti  pada  gambar  2.  Ukuran dan  bentuk  sel  khamir  mungkin  berbeda  pada kultur  yang  sama,  karena  pengaruh  umur  sel  dan kondisi  lingkungan.  Gambar  2  memperlihatkan bentuk Sel Saccharomyces cerevisiae .
Gambar 1. Bentuk Sel Saccharomyces Cereviseae (Jean-Michael, 2005)
Kinerja sel berpengaruh terhadap kadar atau konsentrasi  etanol  yang  dihasilkan.  Makin  banyak gula reduksi yang dimanfaatkan oleh Saccharomyces  cerevisiae maka  makin  tinggi  pula konsentrasi  etanol  yang  dapat  dihasilkan.  Hal  ini sesuai  dengan  pendapat  Winarti  (1996)  yang menyatakan  bahwa  semakin  tinggi  konsentrasi substrat atau gula reduksi yang dapat dipecah oleh sel  khamir  menjadi  etanol  maka  semakin  tinggi pula konsentrasi etanol yang dihasilkan.

## METODOLOGI
Dalam  pembuatan  etanol  menggunakan substrat sukrosa, glukosa dan gula cair dengan bio katalis Saccharomyces  cereviseae amobil  dilihat pada Gambar 2.

## Peralatan yang digunakan
- Peralatan gelas - Penangas air
- Neraca analitik
- Brixmeter
- Inkubator shaker
- Autoclave
- Hot plate
- Etanol sensor
Bahan yang digunakan - Biakan murni Sa c ccharomyces cereviseae - Air garam steril - CaCl 2 2 %
- Na Alginat 8 %
- Media pertumbuhan Sacch. cer.
- Aquadest
- Substrat : sukrosa, glukosa dan gula cair
Gambar 2. Tahapan pembuatan etanol dari gula
Studi literatur dan Persiapan peralatan dan bahan-bahan
Pembuatan sel amobil Sacch..cer. menggunakan Na Alginat dan CaCl 2 Penentuan kurva pertumbuhan Sacch.cer.
Proses pembuatan etanol dari substrat sukrosa, glukosa dan gula cair menggunakan Sacch..cer. amobil dalam reaktor kolom
Penentuan penurunan gula menggunakan  brixmeter dan penentuan etanol menggunakan etanol sensor
Pengolahan data, pembuatan laporan, jurnal untuk publikasi

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Etanol  yang  didapatkan  diharapkan  murni dan tidak  tercampur dengan bio katalis,  selain  itu diharapkan  bio  katalis  dapat  digunakan  lebih  dari sekali setelah pencucian dan aktivasi.

## Penentuan kurva pertumbuhan optimum
Etanol
yang dihasilkan diharapkan mempunyai  kemurnian  dengan  kadar  tinggi  serta yield  yang  besar.  Berdasarkan  kondisi  tersebut diharapkan  sel  amobil  sebagai  bio  katalis mempunyai  kinerja  yang  tinggi,  maka    digunakan Saccharomyces  cerereviseae pada    pertumbuhan maksimun  dengan  pembuatan  sel  amobil  dari inokulasi Saccharomyces  cereviseae pada  kurva logaritmik,  diperlihatkan  pada  Gambar  3, merupakan hasil penelitian Elevri dan Putra (2006)

## Pembentukan etanol & penurunan kadar gula
Sel  amobil  yang  dibuat  diambil  pada  kurva logaritmik,  yaitu  pada  jam  ke  18  dari  kurva pertumbuhan.  Kondisi  ini  diharapakan  dapat menghasilkan etanol dengan kadar  tinggi,  hal ini terjadi  karena  kinerja Saccharomyces  cereviseae tinggi.  Percobaan  pembuatan  etanol  dengan substrat  sukrosa  dilakukan  dalam  reaktor  kolom yang  mempunyai  volume  246,2  mL,  laju  alir  6 mL/menit,  jadi  waktu  tinggal    41,03  menit.  Hasil
penurunan  kadar  sukrosa  dan  kenaikan  kadar etanol diperlihatkan Gambar 4.
Dari grafik tersebut terjadi penurunan kadar sukrosa  dari  8,64  -  7,88  %,  sedangkan  etanol terjadi kenaikan dari 0  - 3,11 %. Penurunan kadar sukrosa  tidak  terlalu  besar,  karena  sukrosa merupakan  disakarida  yang  mengalami  peruraian menjadi  glukosa  dan  fruktosa  dahulu,  selanjutnya membentuk  etanol  dengan  kadar  terus  naik,  dari kondisi  ini  dapat  diketahui  bahwa  sel  amobil  dari Saccharomyces  cereviseae dapat  digunakan  untuk menghasilkan etanol.
Selain  menggunakan  substrat  sukrosa, dilakukan percobaan pembentukan etanol menggunakan substrat glukosa, diperlihatkan pada Gambar 5.
Dari grafik tersebut terjadi penurunan kadar glukosa  8,45-7,08  %,  sedangkan  etanol  terjadi kenaikan  0-4,46  %.  Data  tersebut  menunjukkan bahwa  penurunan  glukosa  lebih  besar,  karena substrat tidak mengalami peruraian dahulu, tetapi langsung terjadi pembentukan etanol.
Selain  menggunakan  substrat  sukrosa  dan glukosa  dilakukan  penelitian  menggunakan substrat  gula  cair.  Hasil  pembentukan  etanol diperlihatkan pada Gambar 6.
Dari grafik yang diperlihatkan pada gambar 6  didapatkan  bahwa  penurunan  kadar  gula  cair tidak  berbeda  jauh  dengan  penurunan  pada sukrosa  dan  glukosa,  yaitu  dari  8,45  -  6,94  % sedang  pembentukan  etanol  dari  0  -  4,46  %.
Gambar 3. Kurva pertumbuhan S. cereviseae Elevri dan Putra (2006)
Gambar 4. Penurunan kadar sukrosa vs  pembentukan etanol
Gambar 5. Penurunan kadar glukosa vs pembentukan etanol
Gambar 6. Penurunan kadar gula cair vs pembentukan etanol
Pembentukan  etanol  dari  gula  cair  yang didapatkan  tidak  banyak  berbeda  dengan menggunakan  substrat  glukosa.  Hasil  tersebut menyatakan  bahwa  gula  cair  mempunyai kemurnian  tinggi  dengan  kadar  glukosa  tinggi, sehingga  hasil  yang  didapatkan  hampir  sama dengan  glukosa.  Hasil  yang  didapatkan  dari substrat  sukrosa,  glukosa  dan  gula  cair menunjukkan perbedaan tidak
significant , sehingga  bisa  disimpulkan  ketiganya  dapat digunakan  sebagai  substrat  dalam  menghasilkan etanol,  disamping  itu Saccharomyces cerevisea amobil dapat digunakan sebagai bio-katalis dalam menghasilkan  etanol.  Penggunaan  sel  amobil sebagai  bio-katalis  perlu  mendapat  perhatian, mengingat keuntungan dari sel amobil, yaitu dapat digunakan  lebih  dari  sekali,  disamping  kemurnian produk  lebih  tinggi.Peningkatan  jumlah  sel Sacchromyces cerevisiae dan penurunan konsentrasi  gula  reduksi  ini  diikuti  dengan peningkatan  konsentrasi  etanol  (Gambar  4,5  dan 6).  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  gula  reduksi merupakan faktor penting bagi sel Saccharomyces cerevisiae sebagai sumber energi untuk melakukan metabolisme yang
pada akhirnya akan berpengaruh  terhadap  konsentrasi  etanol  yang dihasilkan. Makin banyak gula reduksi yang dapat dimanfaatkan  oleh  sel Saccharomyces  cerevisiae makin  tinggi  pula  konsentrasi  etanol  yang dihasilkan.

## KESIMPULAN
Berdasarkan hasil
penelitian untuk mengetahui  kinerja  bio – katalis Sacchromyces cerevisiae amobil  menggunakan  substrat  sukrosa, glukosa, dan gula cair dalam menghasilkan etanol, didapatkan hasil sebagai berikut :
1. Penggunaan khamir Saccharomyces cereviseae pada pertumbuhan optimum dapat menaikkan  kinerja  bio – katalis,  memberikan hasil  yang  optimum,  yaitu  pada  jumlah  sel 60x10 6 sel/mL pada waktu 18 menit.
2. Kinerja Sacchromyces  cerevisiae amobil  terus meningkat  dengan  pengambilan  karbon  dari substrat  yang  digunakan,  yaitu  terjadi penurunan  konsentrasi  gula  reduksi,    dan diikuti peningkatan konsentrasi etanol
3. Penurunan  sukrosa  dari  hasil  dianalisa  setiap 30 menit, dari menit ke-0 sampai 240,
4. Didapatkan  hasil  sebagai  berikut,  sukrosa mengalami penurunan 8,64 – 7,88 %
5. Pembentukan  etanol  0 – 3,11  %,  sedangkan penurunan glukosa 8,45 – 7,08 % dan kenaikan etanol  0 – 4,46  %,  gula  cair  terjadi  penurunan 8,45 – 6,94  %  dan  kenaikan  etanol  0 – 4,46  %, pengujian  dilakukan  menggunakan  brixmeter dan etanol sensor.

## DAFTAR PUSTAKA
Arias,  G.  &  Astriana  W.E..  2011.  Variasi  Kondisi Operasi Steam Pretreatment Sawdust (Serbuk Kayu)  Sebagai  Bahan  Baku  Produksi  Glukosa, Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS. Surabaya.
Brodelius  P.,  Dalam:  T.K.  Ghose  (Ed.),  Advances  in Biochemical  Engineering,  10,  Springer-Verlag, Berlin,  Heidelberg,  New  York  (1978),  pp.  75 – 129
Bucke,  C.  1982.  Industrial  use  of  immobilized enzymes  and  cells.  Dalam:  Flegell,  T.M.V., Bhumiratana, A. & Matangkasombut, P. (Eds). Immobilized  Microbial  Enzymes  dan  Cells. Proceeding  of  Regional  Workshop.  Mahidol University. Bangkok. Thailand.
Dias,  J.C.T.,  Rezende,  R.P.  &  Linardi,  V.R.,  2000.
Biodegradation  of  acetonitrile  by  cells  of Candida guilliermondii UFMG-Y65 immobilized  in  alginate,  kappa-carrageenan and  citric  pectin. Brazilian  Journal  of
Microbiology , 31(1):61-66.
Elevri,  P.A.  &  Putra,  S.R.,  2006.  Produksi  etanol menggunakan Saccharomyces  cerevisiae yang diamobilisasi  dengan  agar  batang. Akta Kimindo, 1(2):105-114.
Fardiaz,  S.  1992.  Mikrobiologi  Pangan,    Gramedia Pustaka Utama,Jakarta.
Frazier,  W.C.  &  Westhoff,  D.C.  1978.  Food Microbiology.  Mc  Graw-Hill  Book  Company, New York.
Jean,  M.  2005.  Saccharomyeces  cerevisiaes  .  http ://www.  Inra.  Fr/  internet/  directions/  dic/ presse/Communiques/images/sia2004/ saccharomyces cerevisiae l . jpg. Mulyanto, W.,T., Hakim, A. &  Frastiawan,  E. 2010. Produktifitas  Etanol  dari  Molases  dengan Proses  Fermentasi  Kontinyu  Menggunakan Zymomonas mobilis dengan Teknik Immobilisasi Sel K-Karaginan dalam Bioreaktor Paccked-Bed, Laboratorium
Teknologi  Biokimia  Jurusan  Teknik  Kimia  FTI- ITS Kampus ITS Sukolilo, Surabaya Jawa Timur Prakasham,  R.S.  &  Ramakrishna,  S.V.  1998.
Microbial  fermentations  with  immobilized
cells,  Lecture  Handouts,  Biochemical  and Environmental Engineering, Indian Institute of Chemical Technology, India