Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Produksi Bioetanol Dari Limbah Kulit Buah
Muhammad Zaki 1* , Nasrullah Razali 2 , Muhammad Rizki 3 , Syahrul Fahmi 4
1,2,3,4 Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh, Indonesia
* Koresponden email : m.zaki@usk.ac.id Diterima: 6 September 2022 Disetujui: 28 September 2022

## Abstract
This  study  examines  the  effect  of  fermentation  time  on  bioethanol  production  from  pineapple  peel  and orange peel waste as a source of cellulose. The experiment was carried out by acid saccharification method using HCl and anaerobic fermentation using saccharomyces cerevisiae yeast. After the process of purifying fermented products, the highest bioethanol content from pineapple skin was obtained at 3.3%. This value was  achieved  when  the  fermentation  was  carried  out  for  5  hours  and  the  yeast  mass  added  was  15  g. Meanwhile, the highest content of bioethanol from orange peel was also obtained at 5 hours of fermentation and the mass variation of yeast weighing 15 g was 1.7%. Likewise, the volume of bioethanol produced after purification, where the volume of bioethanol from pineapple peel waste is more than 3.5 mL compared to bioethanol from orange peel waste, which is only 3.3 mL. This is caused by the sugar content contained in pineapple  skin  is  higher  than  that  contained  in  orange  peel.  Therefore,  the  utilization  of  pineapple  and orange peels can be used for bioethanol production through a biotechnological approach using the yeast Saccharomyces cerevisiae.
Keywords: saccharomyces cerevisiae, fermentation, refractometer abbe, bioethanol

## Abstrak
Penelitian ini mengkaji pengaruh waktu fermentasi terhadap produksi bioetanol dari limbah kulit nenas dan kulit  jeruk  sebagai  sumber  selulosa.  Percobaan  dilangsungkan  dengan  metode sakarifikasi  asam  dengan menggunakan HCl dan fermentasi anaerobik menggunakan ragi saccharomyces cerevisiae. Setelah proses pemurnian  produk  hasil  fermentasi,  kadar  bioetanol  yang  paling  tinggi  dari  kulit  nenas  didapat  sebesar 3,3%. Nilai ini dicapai pada saat fermentasi dilangsungkan selama 5 jam dan massa ragi yang ditambahkan sebesar 15 g. Sedangkan kadar bioetanol dari kulit jeruk tertinggi juga diperoleh pada waktu fermentasi 5 jam dan variasi massa ragi seberat 15 g yaitu sebesar 1,7%. Demikian juga halnya dengan volume bioetanol yang  dihasilkan  setelah  pemurnian,  dimana  volume  bioetanol  dari  limbah  kulit  nenas  lebih  banyak diperoleh yaitu sebesar 3,5 mL dibandingkan dengan bioetanol dari limbah kulit jeruk yaitu hanya sebesar 3,3 mL. Hal ini disebabkan oleh kadar gula yang terkandung didalam kulit nenas lebih tinggi dibandingkan yang  terkandung  dalam  kulit  jeruk.  Oleh  karena  itu,  pemanfaatan  kulit  buah  nenas  dan  jeruk  dapat digunakan  untuk  produksi  bioetanol  melalui  pendekatan  bioteknologi  dengan  menggunakan  ragi saccharomyces cerevisiae .
Kata Kunci: saccharomyces cerevisiae, fermentasi, refraktometer abbe, bioetanol

## 1. Pendahuluan
Pada masa ini, bahan bakar fosil menjadi sumber utama dalam memenuhi kebutuhan dalam negeri. Bahan bakar fosil adalah sumber energi utama di dunia [1]. Penggunaan bahan bakar fosil dikaitkan dengan pemanasan  global,  perubahan  iklim dan  berbagai  masalah  energi  dan  keamanan  [2].  Disebabkan karena krisis energi, pengembangan penggunaan sumber energi terbarukan berkembang pesat. Bioetanol menjadi salah satu fokus penelitian dibanyak negara. Bioetanol dapat dihasilkan dari berbagai biomassa terbarukan seperti gula, bahan tepung dan biomassa lignoselulosa dengan menggunakan fermentasi mikroba [3].
Bioetanol  merupakan  biofuel  yang  paling  banyak  digunakan  di  seluruh  dunia.  Bioetanol  dapat langsung  digunakan  sebagai  bahan  bakar  pada  sektor  transportasi,  baik  digunakan  dalam  bentuk  murni ataupun dicampur dengan bensin [4]. Selain itu, bioetanol juga dikenal sebagai jenis energi bersih ( cleaner energy ), tidak beracun, dapat terurai secara alami [2]. Lebih dari itu, bioetanol memiliki intensitas karbon yang rendah sehingga tidak menyebabkan pencemaran lingkungan dibandingkan dengan bahan bakar fosil. Hal ini akan berdampak positif pada pemanasan global [5].
Dewasa  ini,  limbah  kulit  buah  dan  sayuran  dari  sisa  bahan  makanan  merupakan  salah  satu  yang memiliki  komposisi  terbesar  dalam  kandungan  limbah  padat  perkotaan  ( municipal  solid  waste )  [2]. Sebagian  besar  dari  limbah  ini  hanya  digunakan  sebagai  pakan  ternak  atau  dibakar  sebagai  alternatif pemusnahan  [6].  Namun  demikian,  limbah  tersebut  biasanya  memiliki  komposisi  yang  kaya  akan  gula, mineral, dan protein. Oleh karena itu, menurut Agbor R.B and Ukpong N.C [6], limbah tersebut tidak boleh dianggap sebagai “limbah”, melainkan limbah ini memiliki potensi besar untuk digunakan sebagai bahan baku  proses  industri  lainnya.  Salah  satu  industri  yang  cocok  memanfaatkan  limbah  kulit  buah  adalah industri bioetanol [7].
Ada tiga jenis limbah biomassa yang digunakan dalam produksi bioetanol. Limbah biomassa yang mengandung gula, biomassa yang mengandung pati, dan biomassa lignoselulosa. Adapun limbah kulit buah merupakan salah satu jenis biomassa lignoselulosa, yaitu suatu jenis biomassa yang komposisi utamanya adalah selulosa, hemiselulosa, dan lignin [8]. Pemanfaatan kulit buah sebagai pembuatan bioetanol telah banyak sekali dilakukan sejauh ini. Diantara kulit buah yang digunakan adalah kulit nenas dan kulit jeruk [3, 4, 6, 8-15].
Berdasarkan hasil penelitian Wandono, Endang [10], diketahui kadar selulosa yang terkandung pada kulit  nenas  yaitu  sebesar  14%  dan  mahkota  nanas  sebesar  29,6%.  Sedangkan  pada  penelitian  yang dilakukan oleh [16] bahwa kadar selulosa yang terdapat pada kulit jeruk adalah sebesar 25%. Oleh karena itu, kulit buah nenas dan kulit buah jeruk berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol.
Produksi  bioetanol  dari  lignoselulosa  yang  terkandung  dalam  limbah  kulit  nenas  dan  kulit  jeruk dilangsungkan  dengan  metode  hidrolisis  dan  fermentasi  anaerobik  menggunakan  ragi saccharomyces cerevisiae . Saccharomyces  cerevisiae adalah  salah  satu  jenis yeast atau  khamir  yang  biasanya  dipakai selama proses fermentasi [3, 11, 17]. Keuntungan utama dari hidrolisis enzimatik adalah yield etanol yang tinggi dan kondisi operasi yang lebih aman [18].
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengkaji  pemanfaatan  limbah  kulit  nenas  dan  kulit  jeruk  sebagai sumber utama selulosa dalam pembuatan bioetanol. Pengaruh waktu fermentasi terhadap kadar dan volume bioetanol juga akan didiskusikan dalam studi ini. Kadar dan volume bioetanol yang diperoleh juga ditinjau dari berbagai variasi massa ragi saccharomyces cerevisiae yang ditambahkan.

## 2. Metode Penelitian

## Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Bioproses dan Laboratorium Teknik Reaksi dan Katalis Teknik  Kimia,  Fakultas  Teknik,  Universitas  Syiah  Kuala.  Adapun  waktu  untuk  menyelesaikan  semua tahapan penelitian mulai dari bulan September - Desember 2021.

## Skema Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan cara pengumpulan limbah kedua jenis buah tersebut lalu dilakukan preparasi bahan baku dengan menjemur pada sinar matahari selama 15 menit, kemudian dilanjutkan dengan proses hidrolisis dengan penambahan larutan asam, kemudian dilakukan fermentasi dengan penambahan variasi  massa Saccharomyces  Cerevisiae dan  dilanjutkan  fermentasi  dengan  variabel  waktu  yang  telah ditetapkan.  Tahapan  berikutnya  dilanjutkan  dengan  proses  sentrifugal  dan  kemudian  dilakukan  proses distilasi untuk mendapatkan bioetanol, maka hasil akhir dilakukan analisa dengan mengukur volume etanol, kadar alkohol yang terkandung dan densitas etanol yang dihasilkan.

## Prosedur Penelitian
Mula-mula,  tahapan  persiapan  bahan  baku  pembuatan  bioetanol  dalam  penelitian  ini  dilakukan dengan mengumpulkan limbah jus berupa limbah kulit nenas dan limbah kulit jeruk. Kedua limbah tersebut kemudian  diangin-anginkan  selama  15  menit.  Selanjutnya,  kedua  limbah  tersebut  diblender  dengan penambahan  akuades  sebanyak  100  mL  untuk  menghasilkan slury . Slury yang  dihasilkan  dari  proses sebelumnya  kemudian  disaring  sehingga  didapatkan  filtrat.  Filtrat  yang  dihasilkan  ini  akan  dibawa  ke tahapan kedua yaitu tahapan hidrolisis. Pada perlakuan hidrolisis ini, filtrat yang didapat akan dihidrolisis dengan penambahan asam klorida (HCl) dengan konsentrasi 2 N dan akuades sebanyak 50 mL. Adapun pH larutan dijaga pada kisaran 4-5. Kemudian larutan dipanaskan pada suhu 60-70 0 C selama 30 menit. Hasil dari tahapan hidrolisis kemudian akan dilanjutkan ke tahapan fermentasi. Proses fermentasi  gula menjadi alkohol ini dilangsungkan dengan penambahan urea sebanyak 3 g dan NPK 9 g. Selanjutnya, ditambahkan ragi saccharomyces cerevisiae dengan variasi 5,10, dan 15 g. Larutan tersebut akan ditutup rapat kemudian difermentasi dengan variasi waktu 10, 20, 30, 40 dan 50 jam.
Adapun tahapan selanjutnya dari rangkaian percobaan  ini setelah tahap fermentasi,  dilanjutkan ke tahap  pemurnian  produk  bioetanol  yang  didapat  dari  proses  fermentasi  dengan  menggunakan  proses
p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934
distilasi.  Pada tahap ini, campuran bioetanol hasil fermentasi dipisahkan secara sentrifugasi menggunakan centrifuge untuk mendapatkan filtrat. Filtrat yang didapat dari proses sentrifugasi ini kemudian dihilangkan kandungan  air  dengan  cara  dimasukkan  ke  dalam  kolom  distilasi  yang  dioperasikan  pada  suhu  78 0 C. Distilat yang diperoleh dari proses distilasi ini adalah produk bioetanol yang diinginkan. Secara lebih rinci diagram alir penelitian ini disajikan dalam Gambar 1 .
Gambar 1 . Skematik diagram alir pembuatan bioetanol dari kulit nenas dan kulit jeruk Sumber: Data Penelitian (2022)

## Analisis Bioetanol
Produk  bioetanol  yang  diperoleh  dari  tahap  distilasi  diukur  volume  produk  dengan  menggunakan gelas  ukur  untuk  mengetahui  berapa  banyak  bioetanol  yang  dihasilkan  dari  berbagai  variasi  waktu fermentasi yang dicoba. Tahapan analisis dilanjutkan dengan menganalisa konsentrasi atau kadar bioetanol yang  dihasilkan  dengan  metode Refractometer  Abbe .  Pengukuran  kadar  bioetanol  menggunakan Refractometer Abbe dilakukan dengan membaca indeks bias cahaya zat yang diukur. Nilai indeks bias zat yang diukur (dalam hal ini etanol) nantinya akan digunakan untuk mengidentifikasi kemurnian bioetanol yang  dihasilkan  dari  penelitian  ini.  Alat  refraktometer  dikalibrasi  terlebih  dahulu  menggunakan  larutan standar  seperti  air  sebelum  digunakan  untuk  mengukur  kadar  bioetanol  yang  diperoleh.  Metode Refractometer Abbe digunakan karena sederhana, cepat, dan hanya memerlukan sedikit sampel uji [19].

## 3. Hasil dan Pembahasan
Keberhasilan  produksi  bioetanol  dari  kulit  nenas  dan  kulit  jeruk  dalam  penelitian  ini  sangat ditentukan oleh pemilihan teknik pretreatment (persiapan) bahan baku yang baik. Sehingga sangat penting untuk  memilih  teknik pretreatment terbaik  yang  ada.  Dari  studi  literatur  tentang  teknik preatreatment pembuatan  bioetanol  yang  telah  dilakukan  terlebih  dahulu,  dapat  diyakini  bahwa pretreatment asam memiliki dampak yang signifikan terhadap hidrolisis [3-5, 9].

## Pengaruh Massa Ragi dan Waktu Fermentasi Terhadap Kadar Bioetanol
Hasil bioetanol yang diperoleh dari proses distilasi selanjutnya dilakukan pengujian kadar etanol dengan  menentukan  indeks  bias  menggunakan refractometer  Abbe .  Hasil  pengukuran  indeks  bias  ini kemudian  digunakan  untuk  menghitung  kadar  bioetanol  yang  diperoleh  dengan  kurva  kalibrasi/standar untuk menentukan kadar bioetanol yang terukur oleh refractometer Abbe .
Gambar 2 . Grafik pengaruh waktu fermentasi terhadap kadar bioetanol dari kulit nenas Sumber: Data Penelitian (2022)
Tren kenaikan perolehan kadar bioetanol yang diperoleh dari berbagai variasi waktu fermentasi dapat dilihat pada Gambar 2 . Pada massa ragi 5 g dan waktu fermentasi 10, 20, 30, 40, dan 50 jam menghasilkan kadar bioetanol secara berturut-turut yaitu 0,82; 1,13; 1,74; 1,74 dan 2,04 % secara berurutan. Hal senada terjadi pada massa ragi 10 g, dimana menghasilkan kadar bioetanol secara berturut-turut yaitu 1,13; 2,04; 2,35; 2,65 dan 2,96 %.  Begitu juga pada massa ragi 15 g menghasilkan kadar bioetanol secara berturut- turut yaitu 1,43; 2,04; 2,35; 2,96 dan 3,26 %.
Gambar 3 . Grafik pengaruh waktu fermentasi terhadap kadar bioetanol dari kulit jeruk Sumber: Data Penelitian (2022)
Gambar 3 kadar etanol yang dihasilkan oleh kulit jeruk pada massa ragi 5 g secara berturut-turut yaitu 0,18; 0,21; 0,52; 0,67 dan 0,82 %, sedangkan pada massa ragi 10 g secara berturut-turut yaitu 0,52; 0,52; 0,82; 1,13 dan 1,28 % serta pada massa ragi 15 g secara berturut-turut yaitu 0,82; 1,13; 1,13; 1,43 dan 1,74 %.

## Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Volume Bioetanol
Waktu fermentasi berpengaruh terhadap perolehan bioetanol. Semakin lama waktu fermentasi maka akan semakin banyak gula yang terkonversi menjadi etanol. Dari Gambar 4 dapat dilihat bahwa pengaruh dari massa ragi 5 g dan waktu fermentasi 10, 20, 30, 40, dan 50 jam menghasilkan volume bioetanol secara berturut-turut yaitu 2,8; 3; 3,5; 4 dan 4 mL, namun pada massa ragi 10 g menghasilkan volume bioetanol
secara berturut-turut yaitu 3,2; 3,2; 3,4; 4 dan 4,4 mL, sedangkan massa ragi 15 g menghasilkan volume bioetanol secara berturut-turut yaitu 3; 3,5; 4; 4,6; dan 5 mL. Akan tetapi juga dapat dilihat pada Gambar 5 volume etanol yang dihasilkan oleh kulit jeruk pada massa ragi 5 g secara berturut-turut yaitu 2,5; 3; 3,4; 3,5; dan 3,5 mL, sedangkan pada massa ragi 10 g secara berturut-turut yaitu 3; 3; 3,4; 4 dan 4,5 mL serta pada massa ragi 15 g secara berturut-turut yaitu 3; 3,5; 3,8; 4,2; dan 4,6 mL.
Gambar 4 . Grafik pengaruh waktu fermentasi terhadap volume bioetanol dari kulit nenas Sumber: Data Penelitian (2022)
Gambar 5 . Grafik pengaruh waktu fermentasi terhadap volume bioetanol dari kulit jeruk Sumber: Data Penelitian (2022)

## 4. Kesimpulan
Setelah proses pemurnian produk hasil fermentasi, kadar bioetanol yang paling tinggi dari kulit nenas didapat sebesar 3,3%. Nilai ini dicapai pada saat fermentasi dilangsungkan selama 5 jam dan massa ragi yang ditambahkan sebesar 15 g. Sedangkan kadar bioetanol dari kulit jeruk tertinggi juga diperoleh pada waktu  fermentasi  5  jam  dan  variasi  massa  ragi  seberat  15  g  yaitu  sebesar  1,7%.  Demikian  juga  halnya dengan volume bioetanol yang dihasilkan setelah pemurnian, dimana volume bioetanol dari limbah kulit nenas lebih banyak diperoleh yaitu sebesar 3,5 mL dibandingkan dengan bioetanol dari limbah kulit jeruk jeruk yaitu hanya sebesar 3,3 mL. Hal ini disebabkan oleh kadar gula yang terkandung didalam kulit nenas lebih tinggi dibandingkan yang terkandung dalam kulit jeruk.
Bagaimanapun  juga, bioetanol berbasis  limbah kulit  nenas  dan  kulit  jeruk  memiliki  potensi  untuk menjadi bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan dibandingkan dengan biofuel berbasis mikroalga, berbasis tanaman dan bahan bakar tradisional berbasis fosil. Oleh karena itu, pemanfaatan kulit buah nenas dan jeruk dapat digunakan untuk produksi bioetanol melalui pendekatan bioteknologi dengan menggunakan
ragi saccharomyces  cerevisiae .  Selain  itu  juga  dapat  menekan  biaya  produksi  etanol,  pencemaran lingkungan dan pemanfaatan minyak mentah pada akhirnya dapat dikurangi.

## 5. Ucapan Terima Kasih
Penulis  ingin  mengucapkan  terima  kasih  atas  dukungan  semua  pihak  yang  telah  membantu selesainya  penelitian  ini.  Terima  kasih  juga  untuk  staf  Laboratorium  Bioproses  Jurusan  Teknik  Kimia Universitas Syiah Kuala Banda Aceh sebagai tempat dilaksanakannya penelitian ini.

## 6. Referensi
1.  Y, M., V. Naganuri, and M. Mathad, Bioethanol Production from Waste Banana Peel. International Research Journal of Engineering and Technology, 2020. 7(Special Issue ICRTST): p. 124-129.
2.  Hamzah,  M.A.A.,  A.B.  Alias,  and  Nor  Elina  Ahmad, Production  of  Biofuel  (Bio-Ethanol)  From Fruitwaste:  Banana  Peels. International  Journal  of  Engineering  and  Advanced  Technology,  2019. 9(1): p. 5897-5901.
3.  Antonio, R.M.D.R., et al., Bioethanol Production from Pineapple (Ananas comosus) Peelings using Saccharomyces cerevisiae as Fermenting Yeast with Focus on Fermentation pH. International Journal of Engineering Research & Technology, 2015. 4(5): p. 356-360.
4.  Vani  B  S  and  S.  Anoop, A  Review  on  Bioethanol  Production  from  the  Orange  Peel  Waste  (OPW) Using  Cellulolytic  Soil  Bacteria. International  Journal  of  Scientific  &  Engineering  Research,  2021. 12(1): p. 662-674.
5.  Danmaliki,  G.I.,  et  al., Bioethanol  Production  from  Banana Peels. IOSR  Journal  of  Environmental Science, Toxicology and Food Technology, 2016. 10(6 ver. II): p. 56-62.
6.  Agbor  R.B  and  Ukpong  N.C, Bioethanol  Production  from  Pineapple  (Ananas  Cosmosus)  and Watermelon  (Citrullus  Lanatus)  Peels. International  Journal  of    Innovative  Science  and  Research Technology, 2019. 4(10): p. 527-531.
7.  Hu,  J., V.  Arantes,  and  J.N.  Saddler, The  Enhancement  of Enzymatic  Hydrolysis  of  Lignocellulosic Substrates by The Addition of Accessory Enzymes such as Xylanase: is it an Additive or Synergistic Effect? Biotechnology for Biofuels, 2011. 4(1): p. 36.
8.  Mohammad Jahid, A. Gupta, and D.K. Sharma, Production of Bioethanol from Fruit Wastes (Banana, Papaya,  Pineapple  and  Mango  Peels)  Under  Milder  Conditions. Journal  of  Bioprocessing  & Biotechniques, 2018. 8(3): p. 1-11.
9.  Susanti,  A.D.,  P.T.  Prakoso,  and  H.  Prabowo, Pembuatan  Bioetanol  dari  Kulit  Nanas  Melalui Hidrolisis dengan Asam. Ekuilibrium, 2013. 12(1): p. 11-16.
10.  Wandono, E.H., K. Endang, and H. Hadiyanto, Efektivitas Limbah Kulit Kering Nanas Madu (Ananas Comosus l.Merr) untuk Pembuatan Bioetanol dengan Proses Fermentasi dan Distilasi. Jurnal Energi Baru dan Terbarukan, 2020. 1(2): p. 45-53.
11.  Mohamed Salih, N., et al., Production of Bioethanol from Pineapple Rinds by Saccharification and Fermentation  Using  Saccharomycescerevisiae. Annals  of  the  Romanian  Society  for  Cell  Biology, 2021. 25(6): p. 1583-6258.
12.  Barate  DL  and  Ingle  SS, Utilization  of  Pineapple  Wastes  for  Bio-Ethanol  Production. Journal  of Emerging Technologies and Innovative Research, 2022. 9(8): p. d19-d26.
13.  Mishra, K., et al., Production of bioethanol from fruit waste. Materials Today: Proceedings, 2022. 68: p. 1167-1171.
14.  Alam, M.N., S. Suardi, and I. Illing, Pengaruh Hidrolisis Terhadap Produksi Bioetanol dari Limbah Kulit Jeruk dan Daun Jambu Biji. Cokroaminoto Journal of Chemical Science, 2022. 4(2): p. 5-8. 15.  Joshi, S.M., et al., Bio-ethanol and bio-butanol production from orange peel waste. Biofuels, 2015. 6(1-2): p. 55-61.
16.  Ayala,  J.R.,  et  al., Characterization  of  Orange  Peel  Waste  and  Valorization  to  Obtain  Reducing Sugars. Molecules, 2021. 26(5).
17.  Nurjanah,  R.  and  M.  Aznury, Variasi  Produksi  Bioetanol  dari  Limbah  Kulit  Buah-buahan Menggunakan Ragi Saccaromyces Cerevisiae Jurnal Kinetika, 2020. 11(2): p. 60-64.
18.  Nwabanne, J.T. and C.B. Aghadi, Statistical Modelling of Enzymatic Hydrolysis of Banana Peels for Bioethanol Production. Current Journal of Applied Science and Technology, 2018. 28(4): p. 1-14. 19.  Novestiana, T.R. and E. Hidayanto, Penentuan Indeks Bias dari Konsentrasi Sukrosa (c 12 h 22 o 11 ) pada Beberapa Sari Buah Menggunakan Portable Brixmeter. Youngster Physics Journal, 2015. 4(2): p. 173- 180.