## BIOETANOL DARI LIMBAH KULIT KOPI DENGAN PROSES FERMENTASI

## BIOETHANOL FROM COFFE PEEL WASTE WITH FERMENTATION PROCESS

## Nana Dyah Siswati, Mohammad Yatim, Rachmat Hidayanto
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Jalan Raya Rungkut Madya Gunung Anyar Surabaya 60294 email: nanadyah22@yahoo.com

## ABSTRAK
Pada  proses  pengolahan  biji  kopi,  akan  menghasilkan  35%  limbah  kulit  kopi  yang merupakan  sumber  bahan  organik  berkadar  selulosa  dan  tersedia  melimpah  di  Indonesia, sehingga  limbah  kulit  kopi  dapat  dimanfaatkan  menjadi  bioetanol.  Sebagai  energy  alternatif pengganti  Bahan  Bakar  Minyak  (BBM),  bioetanol  memiliki  kelebihan  dibanding  dengan  BBM, diantaranya  memiliki  kandungan  oksigen  yang  lebih  tinggi  (35%)  sehingga  terbakar  lebih sempurna,  bernilai  oktan  lebih  tinggi  (118)  dan  lebih  ramah  lingkungan  karena  mengandung emisi gas CO lebih rendah19–25%. Proses pembuatan bioetanol dilakukan dengan menghidrolisis kulit kopi menjadi glukosa menggunakan katalis H 2 SO 4 dan HC. Selanjutnya glukosa difermentasi menjadi  bioetanol  menggunakan  bakteri  Zymomonasmobilis.  Variabel  yang  dilakukan:  waktu fermentasi dan konsentrasi starter Zymomonas mobilis. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kulit kopi  dapat  digunakan  sebagai  bahan  baku  alternatif  pembuatan  bioetanol  dengan  proses hidrolisis dan fermentasi, hasil yang diperoleh pada konsentrasi starter 11 %, waktu fermentasi 7 hari menghasilkan bioetanol sebanyak 51,02 % dengan kadar 38,68 %.
Kata kunci : Bioetanol, Fermentasi, Hidrolisis, Limbah kulit kopi.

## ABSTRACT
When coffee is processed, 35% of it is in the form of coffee peel waste which is a source of organic materiali and has high levels of cellulose and is available in abundance in Indonesia, so that  can  be  harnessed  to  become  bioethanol.  As  anlternative  energy  fuel,  bioethanol  which  has higher oxygen to content (35%) to fuel, burns moreperfectly, it also has higher octane value(118) and  contains  lower  CO  emissions  19-25%,  and  thus  it  is  more  environmentally  friendly.  The process  of  producing  bioethanol  from  coffee  peel  waste  is  carried  out  by  hydrolyzing  the  waste into glucose using H 2 SO 4 catalyst and HCl. Afterwards glucose is fermented into bioethanol using the  bacterium  Zymomonasmobilis.  By  implementing  the  variables  of  fermentation  time,  and  the concentrations  of  Zymomonasmobilis  stater.  Research  shows  that  coffee  peel  can  be  used  as  an alternative  to  produce  bioethanol  the  process  of  hydrolysis  and  fermentation,  the  best  results being  obtained  at  a  concentration  of  11%  starter  and  fermentation  time  of  7  days  produce bioethanol as much as 51.02% having  the content 38.68%  levels.
Key words: Bioethanol, Fermentation, Hydrolysis, Coffee peel waste.

## PENDAHULUAN
Seiring dengan  ketersediaan energy di dunia yang  semakin  menipis  sedangkan  kebutuhan  akan energi  semakin  hari  semakin  meningkat,  hal  ini mendorong  peneliti  untuk  mencari  sumber  energi baru sebagai energi alternativ, salah satunya adalah bioetanol.  Bioetanol  memiliki  kelebihan  dibanding dengan  BBM,  diantaranya  memiliki  kandungan oksigen  yang  lebih  tinggi  (35%)  sehingga  terbakar lebih  sempurna,  bernilai  oktan  lebih  tinggi  (118) dan  lebih  ramah  lingkungan  karena  mengandung emisi  gas  CO  lebih  rendah19–25% (Indartono  Y., 2005). Selain  itu  bioetanol  dapat  diproduksi  oleh mikroorganisme  secara  terus  menerus.  Produksi bioetanol di berbagai negara telah dilakukan dengan menggunakan  bahan  baku  yang  berasal  dari  hasil pertanian  dan  perkebunan (Sarjoko,  1991). Oleh karena  itu  dilakukan  upaya  mencari  bahan  baku alternatif  lain  dari  sektor  non  pangan  untuk pembuatan etanol. Bahan selulosa memiliki potensi sebagai  bahan  baku  alternatif  pembuatan  etanol. Salah  satu  contohnya  adalah  limbah  kulit kopi.Ketersediaanlimbahkulit kopi cukupbesar, pada pengolahan  kopi akan  menghasilkan 65% biji kopi  dan  35%  limbah  kulit  kopi . Sedangkan produksi kopi Indonesia pada tahun 2009 mencapai total  689  ribu  ton  (Melyani,  2009).Limbah  kulit kopi mempunyai kandungan serat sebesar 65,2 %.
Bioetanol  dapat  dibuat  dari  berbagai  bahan hasil pertanian, antara lain bahan yang mengandung turunan  gula  (sakarin),  bahan  yang  mengandung pati  dan  bahan  yang  mengandung  selulosa  seperti kayu,  dan  beberapa  limbah  pertanian  lainnya. Bahan  yang  mengandung  sakarin  dapat  langsung difermentasi,  akan  tetapi  bahan  yang  mengandung pati  dan  selulosa  harus  dihidrolisis  terlebih  dahulu menjadi komponen yang sederhana, meskipun pada dasarnya  fermentasi  dapat  langsung  menggunakan enzim  tetapi  saat  ini  industri  fermentasi  masih memanfaatkan  mikroorga-nisme  karena  cara  ini jauh lebih mudah dan murah, mikroba yang banyak digunakan dalam proses fer-mentasi adalah khamir, kapang dan bakteri (Agus Krisno, 2002). Hidrolisis yang paling sering diguna-kan untuk menghidrolisis selulosa  adalah  hidrolisis  secara  asam.  Beberapa asam  yang  umum  digunakan  untuk  hidrolisis  asam antara  lain  adalah  asam  sulfat  (H 2 SO 4 ),  asam perklorat,  dan  HCl.  Hidrolisis  asam  dapat dikelompokkan  menjadi  hidrolisis  asam  pekat  dan hidrolisis  asam  encer (Taherzadeh&Karimi,  2007). Penggunaan  asam  pekat  pada  proses  hidrolisis selulosa  dilakukan  pada  temperatur  yang  lebih rendah  daripada  asam  encer.  Konsentrasi  asam yang  digunakan  adalah  10–30% (Zimbardi  et.al). Tempera-tur reaksi adalah 100 o C dan
membutuhkan  waktu  reaksi  antara  2–6  jam. Temperatur  yang  lebih  rendah  meminimalisasi degradasi  gula.  Keuntungan  dari  penggunaan  asam pekat  ini  adalah  konversi  gula  yang  dihasilkan tinggi,  yaitu  bisa  mencapai  konversi  90% (Badger, 2002), kemudian  glukosa  difermentasi  dengan menggunakan  bakteri  atau  ragi  yang  dapat mengkonversi gula menjadi bioetanol.
Proses  fermentasi  gula  hasil  hidrolisis  kulit kopi  menjadi  bioethanol  menggunakan  bakteri Zymomonasmobilis adalah  bakteri  yang  berbentuk batang, termasuk dalam bakteri gram  negatif, tidak membentuk  spora,  dan  merupakan  bakteri  yang dapat bergerak (Lee, et al, 1979). Bakteri ini banyak digunakan di perusahaan bioetanol karena mempunyai  kemampuan  yang  dapat  melampaui ragi  dalam  beberapa  aspek. Zymomonas  Mobilis memiliki  beberapa  kelebihan  dibandingkan  dengan Sacharomyces  Cerevisieae yaitu:  dapat  tumbuh secara  anaerob  fakultatif  dan  mempunyai  toleransi suhu  yang  tinggi,  mempunyai  kemampuan  untuk mencapai  konversi  yang  lebih  tinggi,  tahan terhadap  kadar  etanol  yang  tinggi  dan  pH  yang rendah, mampu menghasilkan yield etanol 92% dari nilai  teoritisnya.  Suhu  optimum  proses  fermentasi dengan menggu-nakan Zymomomobilis adalah pada kisaran  pH    4-7.  Bioetanol  hasil  fermentasi  dapat dimurnikan  lagi  dengan  proses  destilasi  pada  suhu 80 0 C sesuai dengan kadar
yang diinginkan(Gunasekaran, 1999). Tujuan dari penelitian  ini  adalah  mencari  jenis  katalis  yang terbaik  pada  proses  hidrolisis  kulit  kopi  menjadi glukosa  dan  mencari  waktu  fermentasi  serta konsentrasi starter Zymomonas mobilis pada proses fermentasi  glukosa  yang  berasal  dari  kulit  kopi menjadi etanol.

## METODE PENELITIAN
Bahan  yang  digunakan  adalah  kulit  kopi diperoleh  dari  limbah  PT.  Perkebunan  Nusantara XII  (Persero)  Malang.  Aquadest,    H 2 SO 4 ,HCl, KH 2 PO 4 , (NH 4 ) 2 SO 4 ,  NaOH , MgSO 4 .7  H 2 O  dan Glukosa dibeli di Jalan. Tidar Surabaya. Zymomonasmobilis , Ekstrak  ragi  dan  Nutrient  agar yang  dibeli  di  Laboratorium  Fakultas  Biologi UNAIR  Surabaya.  Alat  yang  digunakan  berupa seperangkat  alat  hidrolisis,  seperangkat  alat fermentasi dan seperangkat alat destilasi.

## Persiapan Bahan Baku
Bersihkan kulit  kopi dari kotoran, keringkan dengan  menggunakan  oven  pada  suhu  100 o C selama  2  jam.  Kemudian  hancurkan  kulit  kopi dengan  cara  diblender/digiling  hingga  berbentuk serbuk,  ayak  kulit  kopi  pada  ayakan  80  mesh  dan
analisis  kandungan  sellulosanya  dengan  dengan spektrofotometer.

## Proses Hidrolisis
Timbang  Serbuk  kulit  kopi  sebanyak  100 gram. Tambahkan aquadest dan katalis asam sesuai variabel  yang  dijalankan  yaitu    H 2 SO 4 dan  HCl dengan  perbandingan  volume  10,  20,  30  %  v/v hingga total larutan 1 liter. Masukkan kedalam labu hidrolisis dan hidrolisis dengan suhu 100 o C selama 4  jam.  Saring  larutan  hasil  hidrolisis  dan  filtrat diambil  untuk  dianalisis  kadar  glukosanya  dengan spektrofotometer.

## Proses Fermentasi
Ambil  filtrat  dari  proses  hidrolisis  sebanyak 500 ml dan tambahkan NaOH 1 N  hingga pH = 6. Sterilkan  dalam  autoklaf  pada  suhu  120 o C  selama 15 menit. Dinginkan hingga suhu ruang. Masukkan starter Zymomonasmobilis dengan variabel: volume starter  9,  10,  11  %  v/v    dan  dikocok.  Tutup  botol fermentasi  hingga  rapat  dan  gas  dialirkan  kedalam botol lain yang berisi air. Fermentasi sesuai dengan variabel  waktu  fermentasi  yaitu  2,  3,  4,  5,  6  dan  7 hari  dengan  suhu  fermentasi  30 o C.  Saring  dan ambil filtrat untuk proses destilasi.

## Proses Distilasi
Filtrat  hasil  fermentasi  didestilasi  pada  suhu 80 o C  untuk  mendapatkan  kadar  yang  lebih  tinggi sesuai  yang  diinginkan  dan  kemudian  dianalisis kadar etanolnya.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Proses Hidrolisis
Pengunaan  katalis  yang  terbaik  adalah pada  konsentrasi  katalis  20  %  (v/v),  Hal  ini disebabkan  karena  pada  konsentrasi  10  %  terjadi degradasi  glukosa  yang  terbentuk  menjadi  struktur kimia  yang  lain  sehingga  dapat  menurunkan konversi  reaksi.  Sedangkan  pada  konsentrasi  yang lebih  tinggi  yaitu  30  %  terjadi  proses  pembakaran selulosa  sehingga  selulosa  yang  dirubah  menjadi glukosa menjadi sedikit dan pada akhirnya glukosa yang  dihasilkan  juga  sedikit.  Katalis  HCl menghasilkan glukosa lebih tinggi jika dibandingkan  H 2 SO 4. Hal  ini  diakibatkan  H 2 SO 4 bersifat  membakar  selulosa  sedangkan  HCl  tidak, sehingga  glukosa  yang  dihasilkan  lebih  sedikit. Penggunaanasam encer pada hidrolisis memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan asam pekat pada proses  hidrolisis  (Sukeksi,  S),  dan  penggunaan
asam  pekat  pada  proses  hidrolisis  selulosa dilakukan pada temperatur 100 o C dan membutuhkan  waktu  reaksi  antara  2-6  jam. Konsentrasi  asam  yang  digunakan  adalah  10–30%. Keuntungan dari penggunaan asam pekat ini adalah konversi  gula  yang  dihasilkan  tinggi,  yaitu  bisa mencapai  konversi  90% (Badger,  2002). Namun pada  penelitian  kali  ini  hasil  glukosa  yang didapatkan tidak terlalu tinggi hal ini terjadi karena adanya  lignin  yang  berada  didalam  kulit  kopi. Lignin ini mengikat selulosa sehingga mengganggu berlangsungnya  proses  hidrolisis.  Didalam  limbah kulit  kopi  mengandung  lignin  sebanyak  7,63  % (BalaiPenelitian  dan  Konsultasi  Industri  (BPKI) Surabaya, 2011).  Kondisi  terbaik  proses  hidrolisis (katalis  HCl  dengan  konsentrasi  20  %  (v/v)) menghasilkan  glukosa  sebesar  10,04  %.  Kondisi terbaik ini dipilih untuk proses fermentasi.
Gambar 1.Hubungan antara konsentrasi  katalis dan jenis  katalis  terhadap  kadar  glukosa pada proses hidrolisis

## Proses Fermentasi
Semakin  lama  waktu  fermentasi  maka semakin tinggi kadar etanol yang dihasilkan. Waktu yang  terbaik  untuk  proses  fermentasi  yaitu  7  hari. Hubungan  atara  konsentrasi  starter  dengan  kadar etanol  yang  dihasilkan  juga  linier,  semakin  tinggi konsentrasi  starter  maka  kadar  etanol  yang dihasilkan  juga  semakin  tinggi,  karena  lama fermentasi dipengaruhi oleh konsentrasi gula, kultur yang digunakan dan suhu fermentasi(Judoamidjojo, 1992)  .  Kondisi  terbaik  untuk  proses  fermentasi adalah pada konsentrasi starter 11 % dengan waktu fermentasi  selama  7  hari  yang  menghasilkan  kadar etanol sebesar 9,04 %. Bioetanol  yang didapat dari kondisi  terbaik  tersebut  diperoleh  sebanyak  51,02 % dengan kadar 38,68 %.
Gambar  2.  Hubungan  antara  waktu  fermentasi  dan konsentrasi stater terhadap kadar etanol pada proses fermentasi

## KESIMPULAN
Penelitian  pembuatan  bioetanol  dari  kulit  kopi dengan  proses  fermentasi  dapat  disimpulkan bahwa:  kulit  kopi  dapat  digunakan  sebagai  bahan baku  alternatif  pembuatan  bioetanol  dengan  proses hidrolisis  dan  fermentasi.  Kulit  kopi  yang mengandung  selulosa  sebesar  49,87  %,  setelah  di hidrolisis menggunakan katalis HCl  konsentrasi 20 %  (v/v)  menghasilkan  glukosa  dengan  kadar  10,04 %.  Proses  fermentasi  pada  penambahan  starter  11 %  dan  waktu  fermentasi  7  hari  menghasilkan bioetanol  berkadar  9,04  %.  Pada  proses  fermentasi ini bakteri Zymomonas mobilis mampu mengkonversi  glukosa  sebesar  97,99  %,  dan yield etanol  diperoleh  sebesar  51,02  %.  Proses  destilasi yang  dilakukan  selama  8  jam  menghasilkan bioetanol dengan kadar 38,68 %.

## DAFTAR PUSTAKA
Badger,  PC.,  2002. Ethanol  from  Cellulose  :  A General  Review .  In  Trend  in  New  Crops and  New  Uses.,  J.Jannick  and  A.Whipkey (eds). Alexandria,VA : ASHS Press.
Gunasekaran,  P.  and  Raj,  K.  C.  1999. Ethanol
Fermentation  Technology  –  Zymomonas  mobilis . Current  Science.  Vol.  77,  #1,  56-68  diambil  dari Ghani Arasyid dkk, (Online) , (http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate- 12522-Paper.pdf diakses 15 oktober 2010). Indartono  Y,  2005.  Bioethanol,  Alternatif  Energi Terbarukan  :Kajian  Prestasi  Mesin  dan
Implementasi di lapangan. Fisika, LIPI. Judoamidjoyo,  M.,  A.a.Darwis  dan  E.G.Said, 1982. TeknologiFermentasi. Jakarta: Rajawali Press.
Lee,  K.J.,  Tribe,  D.E.  and  Rogers,  P.L., 1979.Biotechnol.  Lee,  K.J.,  Suku,  D.E. dan Rogers, P.L, 1979. Biotechnol.Lett., 1 , 421. Lett1.,, 421. Melyani,  V.  2009.  Petani  Kopi  Indonesia SulitKalahkan Brazil. (URL:http://www.Tempointeraktif.com/hg /bisnis/2009/07/02/brk,20090702- 184943,id.html,  diakses  26  September 2010). Sarjdoko,1991. Bioteknologi  Latar  Belakang  dan Beberapa Penerapannya. Jakarta :Gramedia Pustaka Umum. Sukeksi, L.Studi produksi bahan bakar terbarukan :
ligno etanol dari tandan kosongsawit.
http://www.lontar.ui.ac.id.
Taherzadeh, M. and Karimi, K. 2007. Acid-based Hydrolysis Processes for Ethanol from Lignosellulosic Material : A Review, Bioresources 2 (3), 472-499, diambil dari Ghani Arasyid dkk, (Online), (http://digilib.its.ac.id/public/ITS- Undergraduate-12522-Paper.pdf diakses 15 oktober 2010).