PRODUKSI BIOETANOL BERBASIS MENIR DAN ONGGOK LIMBAH TAPIOKA

## Edi Mulyadi, Soemargono dan Rudy Laksmono
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri, UPN  ”Veteran” Jawa Timur Alamat : Jl. Raya Rungkut Madya , Gunung Anyar Surabaya 60294 Telp./Fax. (031) 8706369/ (031) 8782179

## Abstrak
Limbah  padat  Proses  Pembuatan  tapioca  berwujud  onggok  dari  proses  ekstraksi  pati  dan  menir berasal dari pencucian singkong yang jumlahnya mencapai dua kali dari kapasitas produksi. Pengolahan limbah itu menjadi bioetanol terkendala pada proses hidrolisis. Untuk itu pengembangan proses hirolisis menggunakan reaktor osilasi dengan paten P00201200184. Pemurnian kaldu fermentasi menjadi bioetanol menggunakan refluks distilasi model desain produk IDD-0000034253. Pengaruh dosis enzym nocook dan enzim  nova    pada  berbagai  waktu  proses  hidrolisis  terhadap  kadar  glukosa  dipelajari  untuk  optimasi proses fermentasi. Kadar glukosa maksimum yang dapat dicapai 146 g/L dan kaldu fermentasi maksimum yang  dihasilkan  8,9%  alkohol.  Pemurnian  bioetanol  dikerjakan  dalam  prototipe  distilator,  dengan  debit produk prototipe 10L/jam.  Kadar kaldu fermentasi rata-rata 7,2%,  suhu reflux terbaik terjadi pada 88 o C, dan kemurnian bioetanol yang dapat dicapai 98%
Kata Kunci: Bio Etanol,  glukose, kaldu fermentasi, Refluk distilasi.

## Abstract
Solid  waste  Process  tangible  tapioca  cassava  starch  extraction  process  and  menir  from  washing cassava which amounts to twice the production capacity. The waste processing into bioethanol constrained in  the  process  of  hydrolysis.  For  the  development  process  using  a  reactor  oscillation  hirolisis P00201200184 patents. Purification into bioethanol fermentation broth using a reflux distillation product design models IDD-0000034253. Effect of enzyme nocook and enzyme nova at various times of hydrolysis of glucose levels studied for the optimization of the fermentation process. The maximum glucose levels that can  be  achieved  146  g/L  and  the  maximum  fermentation  broth  produced  8.9%  alcohol.  Purification  of bioethanol done in the prototype distilator, with discharge product prototype 10L/h. Levels of fermentation broth average of 7.2%, the best reflux temperature occurred at 88 °C, and the purity of ethanol that can be achieved 98%
Keywords : Bio Ethanol, glucose, fermentation broth, reflux distillation.

## PENDAHULUAN
Sumber  bahan  baku  selalu  menjadi  pijakan penentuan  pengembangkan  bahan  bakar  alternatife di  Indonesia.  Bahan  bakar  alternative  yang memungkinkan  adalah  etanol,  tetapi  pemanfaatan- nya  masih  sangat  kecil.  Hal  ini  disebabkan  oleh penerapan  kebijaksanaan  subsidi  harga  energi  fosil yang  selama  ini  diberlakukan.  Bahan  baku
bioethanol  bisa  didapatkan  dari  berbagai  sumber, baik  yang  mengandung  gula,  pati,  atau  selulose. Penelitian  ini  menggunakan  onggok  dan  menir singkong  limbah  industri  tapioka  berasal  dari  PT Tunas  Jaya  Lautan  di  Lampung  sebagai  bahan baku.  Dengan  mencari  formula  penggunaan  enzim dan  ragi  yang  efektif  dan  juga  penetapan  kondisi operasi  distilasi  yang  optimum,  maka  efisiensi proses  produksi  dapat  dicapai.  Jumlah  limbah
onggok  mencapai  35%  dari  kapasitas  bahan  baku atau  hampir  dua  kali  kapasitas  produksi  tapioka. Proses  produksi  bioetanol    berbasis  onggok  dan menir  singkong  dikerjakan  dalam  skala  pilot-plan. Dengan  mempelajari  pengaruh  dosis  enzym  pada pembentukan  glukose  yang  ditambahkan  pada berbagai suhu dan waktu proses. Reaktor hidrolisis menggunakan  Reaktor  osilasi  yang  dilengkapi pengendali  suhu  dan  unit  ekstraktor.  Untuk pemurnian  kaldu  fermentasi  menjadi  bioetanol menggunakan  refluks  distilasi  yang  dilengkapi multitube kondensor Adanya  krisis  energi,  peran  etanol  sebagai sumber  bioenergi  menjadi  lebih  meningkat.  Etanol yang berkadar 50-80% dapat dipakai sebagai bahan bakar  pengganti  minyak  tanah  (mitanol)  (mulyadi ,dkk.,2009).  Bioethanol  sangat  menarik  untuk dikembangkan,  apalagi  dengan  diversifikasi  bahan baku  yang  berasal  dari  onggok  yang  kuantitasnya relatif  besar  dan  sudah  terkomunal.  Berkenaan dengan  itu,  perlu  dikaji  “Optimasi  Produksi Bioetanol  dari  limbah  industri  modified  starch”, limbah  itu  berwujud  onggok  dan  menir  singkong, untuk  meningkatkan  nilai  tambah  limbah  industri tapioka.  Dengan  mempelajari  pengaruh  dosis enzym  pada  pembentukan  glukose  dan  optimasi proses  fermentasi,  maka  diperoleh    parameter perancanggan  proses.  Data  yang  diperoleh  diguna- kan  sebagai  dasar  desain  alat  produksi  bioetanol untuk  perancangan  operasi  sinambung  pada  skala industri bioetanol.
Onggok  adalah  limbah  padat  yang  dihasilkan oleh  industri  tapioka.  Onggok  merupakan  selulose atau ampas ekstraksi pada proses pemungutan pati. Jumlah  onggok  yang  dihasilkan  oleh  industri tapioka  setara  dengan  kapasitas  produksinya. Sebagian  besar  pabrik  termasuk  PT  Tunas  Jaya Lautan  di  Lampung  menjual  onggok  setengah kering  kadar  air  >40%  yang  pengolahan  melalui proses pulp press dan sebagian lagi yang tidak bisa diperas  dijual  dalam  wujud  onggok  benyek  (kadar air >60%) dengan  harga Cuma  Rp 60,-/kg. Selama ini  onggok  dibeli  oleh  masyarakat  sekitar  pabrik dan  untuk  meningkatkan  nilai  tambah  dilakukan pengeringan  dengan  cara  penjemuran,  akibatnya menimbulkan pencemaran akibat bau yang menyengat  dan  meresap  ke  air  tanah  menybabkan sumur  penduduk  tercemar.  Penelitian  pemanfaatan onggok yang banyak dilakukan masih sebatas untuk pakan  ternak  (Tarmuji,  2004).  Anindyawati  dan Sukardi  (2011),  melakukan  penelitian  pemungutan pektin  dari  onggok.  Pengembangan  selanjutnya, Sutiyono  dkk.(2012)  melakukan  hirolisis  onggok dengan katalis asam hasil terbaik berlangsung pada
suhu  90C,  waktu  proses  80  menit  dengan konsentrasi slurry onggok 3%.
Menir,  adalah  limbah  padat  berwujud  butiran yang  berasal dari cucian singkong  yang  bercampur kulit  ari.  Limbah  ini  jumlahnya  cukup  besar  6 sampai  12  ton/hari,  untuk  pengolahan  100ton singkong/hari.  Proses  pembuatan  glukosa  dari selulose (polisacharida) pada umumnya mengguna- kan hidrolisis enzyme atau katalis asam. Walaupun Jenis Hidrolisis ada 5 macam, yaitu hidrolisis murni (hanya dengan H 2 O), hidrolisis asam menggunakan asam  kuat  sebagai  katalis,  hidrolisis  basa  dengan katalisator basa, hidrolisis fusion dilakukan dengan atau  tanpa  H 2 O  pada  suhu  tinggi,  hidrolisis  enzim (menggunakan  katalis  enzim,  sehingga  mencegah reaksi  samping).  Kelebihan  lain  hidrolisis  enzim adalah (1) dapat  meningkatkan produk; (2) bekerja pada  pH  netral  dan  suhu  rendah;  dan  (3)  bersifat spesifik  dan  selektif  terhadap  subtrat  (mulyadi, dkk.,2009).  Enzim  yang  banyak  digunakan  misal- nya, amilase, glukosa-isomerase, papain,  bromelin, lipase,  dan  protease.  Berbagai  jenis  enzym  yang dijual  dipasar  bebas  dengan  diberi  nama  sesuai merk  dangangnya.  Enzim  dapat  diisolasi  dari hewan, tumbuhan dan mikroorganisme.
Hidrolisis  onggok  merupakan  rangkaian  reaksi kimia  heterogen  yang  memiliki  karakteristik tertentu  yang  memenuhi  kaidah  reaksi  padat-cair. Oleh  karenanya  kinerja  reaktor  diperlukan  suatu formulasi  yang  menunjukkan  bentuk  alat  yang ditunjukkan  dimensi  yang  ada  pada  alat  itu, mekanisme  reaksi  hirolisis  dan  parameter  kinetika reaksi, dan  hidrodinamika proses. Dari hasil proses hidrolisis  tersebut  yang  nantinya  akan  dilakukan proses  fermentasi  untuk  menghasilkan  bioetanol (Sutiyono, dkk.2012).
Glukosa  merupakan  monosakarida  yang  mem- bentuk  sukrosa  (gula),  sehingga  merupakan  karbo- hidrat  penting  pembentuk  tenaga.  Proses  Fermen- tasi,  dimaksudkan  untuk  mengubah  glukosa menjadi  alkohol  dengan  menggunakan  fermipan. Bioetanol yang diperoleh dari proses fermentasi ini, berkadar maksimum 12% dan  sering disebut kaldu fermentasi  atau  beer.  Pemurnian  hasil  fermentasi umumnya  dilakukan  dengan  prses  distilasi.  Hasil proses  distilasi  (bioetanol)  berkadar  alkohol maksimum 93%. Hal itu dikarenakan titik azeotrop campuran  alkohol  air  terjadi  pada  nilai  pencam- puran  93%.  Karena  itu,  Mulyadi  dkk  (2009)  dan Trianna,  dkk.(2012)  menggunakan  pola  fraksinasi sehingga  produk  bioetanol  yang  dihasilkan  dari proses refluk distilasi mencapai >97% alkohol.

## METODE PENELITIAN
Bahan  baku. dalam  penelitian  ini  yang  digunakan adalah  onggok  singkong  yang  berasal  dari  PT Tunas  Jaya  Lautan  di  Lampung.  Enzym  serta  ragi (yeast)  yang  dipakai  berasal  dari  bantuan    APBI (Asosiasi Pengusaha Bioetanol Indonesia).
Variabel penelitian yang dilakukan adalah penambahan  dosis  enzym  nocook  (ppm),  yaitu  : (50),  (100),  (150),  (200),  (250)  pada  proses hidrolisis.  Waktu  proses  fermentasi  selama  5  hari. Dalam  penelitian  ini  digunakan  onggok  basah denagan  kadar  air  rerata  65%;  Proses  Hidrolisis berlangsung pada suhu kamar selama 24 jam.
Peralatan proses  produksi    Bio  etanol  berbahan onggok singkong  dijalankan secara semi automatik dan  semua  peralatan  dirancang  dan  dirakit  sendiri. Komponen peralatan prototipe  proses produksi Bio etanol  yang  digunakan  terdiri  dari  :  Tangki Hidrolisis  120  L  ;  Ekstraktor  berdimensi  D  =  38 cm, T = 120 cm , 100 mesh ; Fermentor 250 liter ; Press  Hidrolik  bertekanan  Max.30  ton  ;  Refluk berukuran  11X150  cm  SS-304  ;  Kondensor  multi tube 12 - 90 ; Reboiler/Evaporator berdimensi P 60 cm, T:40 cm, L 100 cm ; Tangki air pendingin 150 liter ; Pompa sirkulasi ; Tungku pemasak ; Kompor LPG  ;  Panel  pengendali  yang  dilengkapi  dengan Termokontrol, timer, pressure control.
Rangkaian Skematik Peralatan Proses Produk- si  Bio  Etanol  berbahan  baku  onggok,  dapat  dilihat pada Gambar 1
Gambar 1. Diagram Proses
Alat  proses  produksi  bioetanol  dijalankan secara  semi  automatik  dan  semua  peralatan dirancang dan dirakit sendiri.  Gambar 2  menun-
jukan  unit  distilasi  dengan  refluk yang dilengkapi  multi  tube  kondensor  yang  berfungsi untuk memurnikan produk fermentasi.

## Gambar 2. Rangkaian Unit distilasi

## Prosedur penelitian
Onggok  basah  diaduk  dan  ditambah  kan sejumlah  Enzym  nocooke  sesuai  dosis  yang dipelajari.Proses  berlangsung    selama    24  jam. Glukose  yang  telah  diperoleh  dilanjutkan  dengan proses  fermentasi  dengan  menambahkan  ragi fermipan. Proses ini dilakukan dalam fermentor dan berlangsung  selama  6  hari.  Kaldu  hasil  fermentasi mempunyai  kadar  alkohol  maksimum  8,9%. Selanjutnya, kaldu  fermentasi dimurnikan menggu- nakan alat refluk distilasi.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis  bahan  baku,    campuran  menir  dan onggok singkong  yang digunakan dalam penelitian ini  memiliki  perbandingan  campuran  yang  setara (1:1).  Hasil  hidrolisis  dianalisis  kadar  glukosanya dengan  menggunakan  refraktometer.  Hasil  fermen- tasi  (kaldu  fermentasi)  dianalisis  menggunakan vinometer. Hasil percobaan pengaruh waktu
sakarifikasi pada berbagai dosis terhadap konsentrasi  produk  glukosa  ditunjukkan  dalam Tabel 1. Pada  variasi  itu penelitian dilakukan pada suhu kamar dengan enzim nocooke . Dari data-data yang tersaji pada Tabel 1.
Tabel  1.  Pengaruh  Waktu  dan  dosis  enzym Terhadap kadar glukose (g/L)
Waktu (t), (jam) Dosis enzym, ppm 50 100 150  200  250  300
12 22 30 48 38 37 39 16 39 50 89 76 67 52 20 56 67 99 109  100 87
24 89 122 142  134  138  133 30 92 132 146  133  141  135 36 98 131 143  140  144  137 48 102 128 152  136  142  137
Edi  Mulyadi,  Soemargono  dan  Rudy  Laksmono:  Produksi  bioetanol  berbasis  menir  dan  onggok  limbah tapioka
Biokonversi  menjadi  glukosa  sangat  dipenga- ruhi  oleh  waktu  sakarifikasi.  Semakin  lama  waktu proses, maka kesempatan pati melakukan dekompo- sisi  lebih  panjang,  sehingga  kadar  glukose  naik. Begitu  juga  pada  variasi  dosis  enzim,  semakin tinggi  dosis  enzim  yang  digunakan  maka  semakin besar  pula  kadar  glukose  yang  diperoleh.  Tetapi perubahan sudah tidak begitu nyata jika dosis diatas 200  ppm,  dan  kadar  glucose  mulai  konstan  setelah mencapai  waktu  diatas  24  jam.  Dosis  enzim berhubungan  dengan  laju  reaksi.  Semakin  tinggi dosis  enzim,  maka  hidrolisis  akan  berlangsung lebih cepat. Hal ini disebabkan konstanta laju reaksi meningkat  dengan  meningkatnya  frekuensi  tumbu- kan.  Penambahan  waktu  reaksi,  makin  besar konversi  yang  dicapai.  Perbandingan  pelarut terha- dap  bahan  baku  terbaik  (Mulyadi  dan  Heru,  2007) adalah 1:3 (1 bagian pati singkong + 3 bagian Air) karena  selulose lebih homogen. Perbandingan yang terlalu  besar  akan  menimbulkan  pemborosan penggunaan  energi,  sedangkan  perbandingan  yang terlalu  kecil  dapat  menyebabkan  selulose  dalam larutankurang homogen. Berdasar persamaan Arrhenius  pencampuran  yang  sempurna  dapat memperbesar  faktor  frekuensi  tumbukan  dan meningkatkan  konstanta  laju  reaksi.  Turbulensi sangat penting dalam proses  hidrolisis karena akan meningkatkan difusi sehingga meningkatkan transfer  material  dari  permukaan  partikel  ke bulk solution. Pada  Gambar  3  menjelaskan  bahwa semakin  lama  waktu  hidrolisis  kadar  glukosa semakin  naik.  Kenaikan  itu  nampak  nyata  sampai dengan  dosis  enzim  gluko  200  ppm.  Dari  gambar itu terlihat bahwa pada waktu sakarifikasi lebih dari 24  jam  dan  dosis  diatas  200  ppm  kenaikan  kadar glukosa sudah tidak begitu nyata. Dengan demikian menunjukkan  bahwa  kemampuan  mikroorganisme dalam  mengkonversi  pati  menjadi  glukosa  sudah tidak  efektif.  Oleh  karenanya  waktu  yang  terbaik adalah  24  jam  dosis  enzim  200  ppm  dan  suhu kamar 33 o C.
Gambar 3.  Hubungan  Konsentrasi Glucose dengan waktu dan dosis enzim
Sebelum  tahap  fermentasi  glukose  terlebih  dahulu dilakukan  airasi.  Hasil  fermentasi  disajikan  dalam Tabel  2  dan  jenis  ragi  yang  digunakan  adalah fermipan
Tabel 2. Pengaruh dosis ragi dan waktu fermentasi
Waktu (t), (jam) Dosis yeast fermipan,(ppm) 50     70 100  120 150 200 24 7 11 14 16 15 17 48 39 41 48 47 44 49 72 42 54 72 68 64 65 96 59 63 82 73 68 67 120 61 67 86 75 73 76 144 62 68 89 77 72 79 168 63 68 88 78 75 78 10 30 50 70 90 110 130 150 170 10 15 20 25 30 35 40 45 50 g lu k o s e , (g /L ) t,  jam 50 ppm 100 ppm 150 ppm 200 ppm
Dari Tabel 2 dan Gambar 4, terlihat bahwa konversi glukose  menjadi  alkohol  sangat  dipengaruhi  oleh waktu fermentasi. Semakin lama waktu fermentasi, maka  kesempatan  glukose  melakukan  reaksi  lebih panjang, sehingga kadar alkohol naik. Tetapi
Gambar  4.  Hubungan  biokonversi  dengan  waktu dan dosis fermipan
Kenaikan  itu  sudah tidak  begitu  nyata  setelah waktu  fermentasi  mencapai  120  jam.  Begitu  juga pada  variasi dosis ragi, semakin tinggi dosis katalis yang  digunakan  maka  semakin  besar  pula  kadar alkohol  yang  diperoleh.  Tetapi  perubahan  sudah tidak  begitu  nyata  jika  dosis  telah  mencapai  100 ppm,  dan  kadar  alkohol  mulai  konstan  setelah mencapai dosis yeast diatas100 ppm dan waktu 120 jam.
Tabel 3. Pengaruh Waktu dan suhu refluk distilasi terhadap kadar alkohol(%) dalam produk bioetanol
Waktu (t), (menit) Suhu fraksinasi,(C) 75  80  85 88  90  95 10 98  96  94 98  88  79 20 97  95  92 90  83  75 30 92  88  77 77  67  58 40 72  63  57 74  57  52 50 70  56  55 58  44  51 60 66  54  50 42  45  40
Kadar  alkohol  rerata  dari  hasil  fermentasi adalah  6,2%  (diukur    menggunakan  vino  meter). Hasil  fermentasi  dimurnikan  menggunakanrefluks distilasi.  Hasil-hasil  pemurnian  kaldu  fermentasi ditunjukkan  dalam  Tabel  3  dan  dijelaskan  dalam Gambar  5. Hasil refluk distilasi terbaik yang dapat dicapai  yaitu  98%  yang  terjadi  pada  saat  10  menit setelah  produk  awal  dan  suhu  refluk  kurang  dari 88C. Untuk penetapan kadar alkohol produk ditilasi menggunakan alkohol meter.
Gambar 5. Hubungan  kadar alkohol dengan waktu dan suhu refluks

## KESIMPULAN
Biokonversi  onggok  menjadi  glukosa  yang optimum terjadi pada waktu hidrolisis 24 jam suhu 33 0 C,    dosis  enzim  nocook  200  ppm,  konsentrasi 0nggok  0,3  kg/liter,  diperoleh  konsentrasi  glukosa maksimum  146  g/L.  Kadar  etanol  hasil  fermentasi glukose  menjadi kaldu  fermentasi  maksimum  yang dapat  dicapai  8,8%  terjadi  pada  waktu  fermentasi 120  jam  suhu  33 0 C,    dosis  fermipan  100  ppm. Pemurnian kaldu  fermentasi dengan  sekali  langkah proses menggunakan refuks distilasi diperoleh hasil 98% alkohol.

## Ucapan Terima Kasih
Penulis  sangat  berterima  kasih  atas  dukungan keuangan  dari  DP2M  DIKTI  (skema  RAPID), Demikian  pula  dengan  PT  LWS  yang  telah menyediakan  tempat  untuk  pelaksanaan  kegiatan penelitian  di  industri  skala.  Mudah-mudahan  apa yang  telah  dilakukan  akan  berguna  bagi  tim kelembagaan peneliti, industri, dan bangsa Indonesia.
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180 a lk h o h o l, ( g /L ) t,  jam 50 ppm 70 ppm 100 ppm 120 ppm 0,4 0,6 0,8 1 10 20 30 40 50 60 k a d a r a lk o h o l, ( b a g ia n ) waktu, (men) suhu 75 C suhu 80 C suhu 85 C suhu 88 C Suhu 90 C suhu 95 C

## DAFTAR  PUSTAKA
Anindyawati,  T  dan  Sukardi,  (2011).  “Reaksi Hidrolisis  dengan  Katalisator  Enzim:  Study Awal  Pemanfaatan  Onggok  sebagai  Sumber Pektin”, http://www.biotek.lipi. go.id.
Anonim,  (2006).  “Kelayakan Tekno-Ekonomi  Bio- Ethanol  Sebagai  Bahan  Bakar  Alternatif Terbarukan”  Balai  Besar  Teknologi  Pati, Jakarta.
Chalifah  A.  (2007).  Mengubah  singkong  menjadi bioetanol : Sebuah Upaya Meningkatkan Nilai Tambah  Singkong  di  Kabupaten  Gunung Kidul,Yogyakarta.
Mulyadi, E dan Heru,D, (2007). “Rancang Banggun Pabrik Bio fuel kapasitas 2 ton/hari”. Laporan Proyek  Rancang  Bangun  Pabrik  biofuel  di
Perning- Mojokerto
Muljadi,E,  Billah,  M,  dan    Karaman,N.,  (2009).
Proses  Produksi  Bioetanol  berbasis  Singkong Sontrot,  Prosiding  Research  month  2009. Semnas LPPM UPN Veterran jatim.
Purba,  Elida,  (2009).  “Hidrolisis  Pati  Ubi  Kayu ( Manihot  Esculenta )  dan  Pati  Ubi  Jalar ( Impomonea batatas )  menjadi Glukosa  secara Cold  Process  dengan  Acid  Fungal  Amilase dan  Glukoamilase”,  Universitas  Lampung, Lampung.
Sutiono, Soemargono,Edahwati,L, Dyah,N., (2012). Hidrolisdis Onggok, Prosiding Semnas, Pemanfaatan  hasil  Riset  untuk  Menunjang
Pemberdayaan  Ekonomi  Lokal  dan  Industri, ISBN 978-602-9372-496 Triana, N.W., Dewati,R., Utami, I., dan
Astuti,D.H.,  (2012).  Optimasi  Pembentukan kaldu Fermentasi Nira Limbah Tebu,
Prosiding  Semnas,  Pemanfaatan  hasil  Riset untuk  Menunjang  Pemberdayaan  Ekonomi Lokal dan Industri, ISBN 978-602-9372-496