## KINETIKA REAKSI FERMENTASI ALKOHOL DARI BUAH SALAK
Fatimah, Febrina Lia G, Lina Rahmasari G Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara,
Jalan Almamater Kampus USU Medan 20155, Indonesia
E-mail : lina.rahmasari@yahoo.com

## Abstrak
Penelitian  tentang  pembuatan  bioetanol  dari  buah  salak  yang  tidak  layak  jual  telah  dilakukan.  Buah  salak mengandung  16,07%  pati  dan  32,96%  glukosa,  sehingga  buah  salak  berpotensi  untuk  dikonversikan  menjadi bioetanol dengan cara fermentasi. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari rangkaian kinetika reaksi fermentasi alkohol yaitu kinetika reaksi hidrolisa pati menjadi glukosa dan fermentasi glukosa menjadi alkohol dari buah salak dengan  menggunakan  Saccharomyces  cereviseae.  Untuk  reaksi  hidrolisa  pati  terdapat  dua  pengendali  kecepatan reaksi yaitu reaksi kimia dan difusi film. Dari hasil penelitian untuk reaksi hidrolisa diperoleh  konstanta kecepatan reaksi  sebesar    1,41  x  10 -11 dan  konstanta  koefisien  difusi  film  sebesar  0,47  x  10 -11 sehingga  kecepatan  reaksi hidrolisa yang terjadi dikendalikan oleh difusi film. Konstanta kecepatan reaksi fermentasi diperoleh sebesar 169,88. Selama proses fermentasi berlangsung konsentrasi pati dan glukosa cenderung menurun terhadap waktu fermentasi dan kadar bioetanol cenderung meningkat terhadap lama waktu fermentasi.
Kata Kunci : fermentasi, hidrolisa, bioetanol, kinetika reaksi

## Abstract
Research about bioethanol production from salak that are not marketable has been done. Salak containing 16.07% starch and 32.96% glucose, so that salak is potential to be converted into bioethanol by fermentation. This research aimed to study reaction kinetic of alcoholic fermentation that are the reaction kinetic of the hydrolysis of starch to glucose and fermentation of glucose to alcohol from salak by using Saccharomyces cereviseae. Hydrolysis of starch reaction containing two reaction rate controls that are chemical reaction and film diffusion. The results obtained for the hydrolysis reaction that the reacion rate constant is 1,41 x 10 -11 and the film diffusion coefficient constant is 0,47 x  10 -11 so  the  rate  of  the  hydrolysis  reaction  is  controlled  by  the  film  diffusion.  Reaction  rate  constant  for fermentation  is  169,88.  During  the  process  of  fermentation,  the  concentration  of  starch  and  glucose  tended  to decreased by time of fermentation and bioethanol concentration tended to increase by time of fermentation.
Keywords : fermentation, hydrolysis, bioethanol, reaction kinetics

## Pendahuluan
Bioetanol  merupakan  bahan  bakar  alternatif  yang diolah  dari  tumbuhan  (biomassa)  dengan  cara fermentasi.  Bioetanol  yang  diolah  dari  biomassa mampu  menurunkan  emisi  CO 2 hingga  18  %. Tumbuhan  yang  mengandung  karbohidrat  tinggi berpotensial untuk menghasilkan bioetanol.
Buah  salak  termasuk  jenis  buah-buahan  yang mengandung  glukosa  tinggi.  Tingginya  kandungan glukosa  yang  terdapat  pada  buah  salak  berpotensi untuk  dijadikan  sebagai  sumber  pembuatan  bioetanol. Selain  dari  pada  itu,  buah  salak  merupakan  buah  yang dapat tumbuh baik di Indonesia, sehingga ketersediaan bahan  baku  terjamin.  Di  Sumatera  Utara  khususnya  di Kabupaten  Tapanuli  Selatan,  buah  salak  banyak dijumpai. Buah salak yang berasal dari daerah Tapanuli Selatan  tersebut  mengandung  kadar  gula  dan  air  yang tinggi  sehingga  buah  tersebut  cepat  membusuk  jika terluka.
Mendrofa  menyatakan  bahwa  produksi  buah  salak Kabupaten Tapanuli Selatan mencapai 100 ton per hari, dan  5-10  %  dari  buah  salak  yang  dipanen  merupakan buah  salak  yang  tidak  layak  jual  karena  kulitnya terbuka ataupun buahnya yang terluka [7].
Melihat kondisi ini, buah salak tidak layak jual tersebut berpotensi  dijadikan  sebagai  bahan  baku  pembuatan bioetanol.  Dengan  demikian  buah  salak  yang  tidak layak jual tersebut tidak terbuang sia-sia.

## Teori
Fermentasi  berasal  dari  kata  latin  “ fervere ”  yang berarti  mendidih  yang  menunjukkan  adanya  aktivitas dari yeast pada  ekstrak  buah-buahan  atau  biji-bijian. Sedangkan  dalam  mikrobiologi  industri  fermentasi diartikan  sebagai  suatu  proses  untuk  mengubah  bahan baku  menjadi  suatu  produk  oleh  mikroba.  Khamir mampu  memfermentasi  glukosa,  fruktosa  dan  maltosa menjadi  bioetanol  namun  masing-masing  spesies mempunyai  kecepatan  yang  berbeda  di  dalam menggunakan jenis gula yang ada [10].
Pada  fermentasi  buah  salak  terjadi  perubahan  pati menjadi glukosa dan glukosa menjadi bioetanol. Reaksi hidrosis  pati  berlangsung  mengikuti  persamaan  reaksi berikut [1] :
(C 6 H 10 O 5 )n  +  nH 2 O          n(C 6 H1 2 O 6 ) pati                air                glukosa
Reaksi fermentasi glukosa menjadi bioetanol berlangsung mengikuti persamaan reaksi berikut [5] : C 6 H 12 O 6
Saccharomyces cereviseae 2C 2 H 5 OH+ 2CO 2 glukosa                                         etanol Fermentasi bioetanol dipengaruhi oleh faktor-faktor antara lain: [3,8] a. Substrat
Pada  umumnya  bahan  dasar  yang  mengandung senyawa  organik  terutama  glukosa    dan  pati  dapat digunakan  sebagai  substrat  dalam  proses  fermentasi bioetanol.
b. Suhu Suhu  optimum  bagi  pertumbuhan Saccharomyces cereviseae dan  aktivitasinya  adalah    25-35˚C.  Suhu memegang  peranan  penting,  karena  secara  langsung dapat mempengaruhi aktivitas Saccharomyces cereviseae dan secara tidak langsung akan mempengaruhi kadar bioetanol yang dihasilkan. c. Nutrisi
Selain  sumber  karbon, Saccharomyces  cereviseae juga memerlukan sumber nitrogen, vitamin dan mineral dalam pertumbuhannya. Pada umumnya sebagian besar Saccharomyces cereviseae memerlukan vitamin seperti biotin dan thiamin yang diperlukan untuk pertumbuhannya.  Beberapa  mineral  juga  harus  ada untuk  pertumbuhan Saccharomyces  cereviseae seperti phospat,  kalium,  sulfur,  dan  sejumlah  kecil  senyawa besi dan tembaga.
d. pH
pH  pada  proses  fermentasi  merupakan  salah  satu faktor  yang  mempengaruhi  kehidupan Saccharomyces cereviseae . Saccharomyces  cereviseae dapat  tumbuh dengan baik pada kondisi pH 4 – 6. e. Konsentrasi substrat
Konsentrasi  substrat  yang  terlalu  sedikit  akan mengakibatkan  produktivitas  menurun  karena  menjadi lelah  dan  keadaan  ini  memperbesar  terjadinya kontaminasi.  Peningkatan  konsentrasi  substrat  akan mempercepat  terjadinya  fermentasi  terutama  bila digunakan  substrat  berkadar  tinggi.  Tetapi  jika konsentrasi  substrat  berlebihan  akan  mengakibatkan hilangnya  kemampuan  bakteri  untuk  hidup  sehingga tingkat kematian bakteri sangat tinggi. f. Waktu fermentasi
Waktu  fermentasi  yang  biasa  dilakukan  3-14  hari. Jika  waktunya  terlalu  cepat Saccharomyces  cereviseae masih dalam masa pertumbuhan sehingga alkohol yang dihasilkan  dalam  jumlah  sedikit  dan  jika  terlalu  lama Saccharomyces  cereviseae akan  mati  maka  alkohol yang dihasilkan tidak maksimal.

## Metodologi Penelitian
Buah  salak  yang  digunakan  adalah  buah  salak produksi Kabupaten Tapanuli Selatan yang tidak layak jual. Buah salak yang tidak layak jual dihancurkan dan dibuat menjadi jus dan kemudian disterilkan. Jus salak yang telah steril kemudian di fermentasikan pada suhu ruangan (30 o C) selama 346 jam.
Parameter  yang  diamati  antara  lain  kadar  pati, glukosa,  dan  etanol.  Untuk  analisa  pati  dan  glukosa metode  yang  digunakan  adalah  metode  Luff  Schoorl, dan untuk analisa kadar etanol metode yang digunakan adalah  metode  berat  jenis  dan  penggunaan Gas Chromatography (GC).
Data  hasil  analisa  yang  diperoleh  selanjutnya digunakan untuk menentukan kinetika reaksi fermentasi. Adapun penentuan kinetika reaksi hidrolisis  pati  menjadi  glukosa  dengan  menggunakan metode Shrinking  Core dan  penentuan  kinetika  reaksi fermentasi menggunakan persamaan Michaelis Menten.

## Hasil dan Pembahasan
Hasil  penelitian  yang  diperoleh  mencakup  tentang hubungan  antara  kadar  pati,  kadar  glukosa  dan  kadar alkohol  terhadap  waktu  fermentasi.  Penurunan  kadar pati  dan  serta  peningkatan  kadar  alkohol  dipaparkan dalam Tabel 1.

## Tabel 1. Hasil Analisa Kadar Pati, Glukosa dan
Alkohol Selama 346 jam jam ke- pati glukosa  alkohol 0 16,07 32,96 0,00 24 12,69 32,03 1,24 48 12,36 31,10 1,93 72 12,10 29,09 2,96 96 11,69 27,25 3,25 120 11,66 25,75 3,41 144 11,31 25,15 4,22 168 11,17 24,28 5,07 192 10,89 23,55 5,89 226 10,76 23,26 6,36 250 10,63 22,83 6,89 274 10,49 22,10 7,12 298 10,29 20,94 6,91 322 10,28 20,65 6,47 346 10,28 19,95 6,24
Trend penurunan  kadar  pati  dan  glukosa  serta peningkatan kadar alkohol dapat dilihat lebih jelas pada Gambar 1.
Gambar 1. Hubungan Antara Kadar Pati, Glukosa dan Alkohol terhadap Waktu Fermentasi
Penurunan  Kadar  Pati  dan  Glukosa  terhadap  Waktu Fermentasi
Gambar  1  menunjukkan  bahwa  penurunan  kadar pati yang signifikan sampai hari ke – 3, dan pada hari- hari selanjutnya terlihat hampir konstan. Menurut hasil penelitian  yang  dilakukan  oleh  Omemu  et  al  pada tahun  2005,  penurunan  kadar  pati  yang  optimum adalah selama 72 jam [9]. Gambar 1 juga menunjukkan penurunan  kadar  glukosa  selama  proses  fermentasi berlangsung.
Kadar  pati  semakin  berkurang  seiring  dengan  lama waktu  fermentasi.  Penurunan  kadar  pati  ini  terjadi karena  selama  proses  fermentasi  terjadi  pemecahan komponen-komponen  pati  menjadi  lebih  sederhana yang  dilakukan  oleh  mikroorganisme  dalam  usahanya memperoleh energi untuk pertumbuhan dan aktivitasnya.
Penurunan  kadar  glukosa  menunjukkan  adanya aktivitas  fermentasi  oleh Saccharomyces  cerevisae. Ketersediaan  glukosa  yang  besar  pada  fermentasi  hari ke-0  merupakan  sumber  nutrisi  dan  energi  bagi S. cerevisae. Konsumsi  glukosa  oleh S.  cerevisae mengakibatkan  menurunnya  glukosa  pada  fermentasi hari berikutnya [2].
Peningkatan Kadar
Alkohol
terhadap Waktu Fermentasi
Gambar  1  dapat  dilihat  bahwa  selama  proses fermentasi  berlangsung  kadar  etanol  cenderung meningkat.  Peningkatan  kadar  etanol  merupakan  hasil aktivitas  yang  dilakukan S.  cerevisae dengan  merubah glukosa menjadi etanol.
Penentuan Kinetika Hidrolisis Pati Menjadi Glukosa Untuk  menentukan  kinetika  reaksi  hidrolisis digunakan  metode Shrinking  Core .  Adapun  langkah untuk  mendapatkan  nilai  konstanta  kecepatan  reaksi hidrolisis pati adalah sebagai betikut :
- Menentukan konversi pati menjadi glukosa
- Menentukan waktu tinggal
- Menentukan nilai konstanta kecepatan reaksi
Reaksi  hidrolisis  pati  mengikuti  persamaan  reaksi berikut: nH 2 O  +  (C 6 H 10 O 5 )n          n(C 6 H1 2 O 6 ) air                pati                glukosa
- Penentuan Konversi Pati menjadi Glukosa
Selama  proses  hidrolisis  pati  terkonversi  menjadi glukosa.  Perhitungan  nilai  konversi  menggunakan persamaan [6] :
keerangan : X B =  konversi pati C Bo =  konsentrasi awal pati = 16,07 %
C B =  konsentrasi pati pada waktu t Dengan  menggunakan  data  hasil  analisa  kadar  pati maka  diperoleh  nilai  konversi  yang  ditampilkan  pada Tabel 2 berikut.
Tabel 2. Konversi Pati jam ke- C B X B 0 16,07 0 24 12,69 0,2103 48 12,36 0,2309 72 12,1 0,2470 96 11,69 0,2726 120 11,66 0,2744 144 11,31 0,2962 168 11,17 0,3049 192 10,89 0,3223 226 10,76 0,3304 250 10,63 0,3385 274 10,49 0,3472 298 10,29 0,3597 322 10,28 0,3603 346 10,28 0,3603
Hasil  perhitungan  pada  Tabel  2  untuk  kemudian digunakan untuk menentukan nilai waktu tinggal.
- Penentuan Waktu Tinggal ( )
Untuk  menentukan  waktu  tinggal  dapat  digunakan persamaan [4] :
Sehingga  dari  persamaan  tersebut  dapat  dibuat grafik hubungan  waktu  vs [1-(1-X B )] 1/3
Gambar 2. Hubungan Waktu vs [1-(1-X B )] 1/3
Dari  Gambar  2  diperoleh  slope  =  0,0002.  Slope merupakan   , dengan demikian diperoleh persamaan y =  0,0002x  dan  τ  =  4722,6  jam.  Nilai  τ  ini  kemudian digunakan  untuk  menentukan  konstanta  kecepatan reaksi hidrolisis pati.
- Penentuan Konstanta Kecepatan Reaksi
Kecepatan  reaksi  hidrolisis  dikendalikan  oleh  2 konstanta,  yaitu  konstanta  kecepatan  reaksi  yang
o B B B B o B B C C 1 X ) X 1 ( C C    
..... (1)
..... (2)
dikendalikan reaksi kimia (K s ) dan konstanta koefisien difusi film (D).
Untuk reaksi kimia sebagai pengendali reaksi maka digunakan persamaan :
Untuk difusi  film  gas  sebagai pengendali  reaksi,  maka digunakan persamaan :
Dimana diketahui : ρ B = densitas pati
= 0,1597 gr/ml
R     = jari-jari partikel = 0,01065 cm b      = derajat polimerisasi pati        = 50000 C AI = konsentrasi air = 1- (C pati + C glukosa ) = 0,5097
Sehingga  diperoleh  konstanta  kecepatan  reaksi,  Ks = 1,41 x 10 -11 dan konstanta koefisien difusi film, D = 0,47  x  10 -11 .  Dari  hasil  perhitungan  yang  diperoleh dapat  diketahui  bahwa  reaksi  hidrolisis  dikendalikan oleh difusi film.
Penentuan  Kinetika  Fermentasi  Glukosa  Menjadi Etanol C 6 H 12 O 6 Saccharomyces cereviseae 2C 2 H 5 OH+ 2CO 2 glukosa                                         etanol Kecepatan  pembentukan  poduk  dihitung  dengan menggunkan persamaan berikut :
t d[P]

## V 
Tabel 3. Kadar glukosa dan alkohol disubstitusikan ke persamaan Michaelis Menten t [S] 1/[S] [P] V 1/V 24 32,03 0,031  1,24  0,0517  19,35484 48 31,1 0,032  1,93  0,0402  24,87047 72 29,085  0,034  2,96  0,0411  24,32432 96 27,25 0,037  3,25  0,0339  29,53846 120 25,75 0,039  3,41  0,0284  35,19062 144 25,15 0,04 4,22  0,0293  34,12322 168  24,275  0,041  5,07  0,0302  33,13609 192  23,55 0,042  5,89  0,0307  32,59762 216  23,26 0,043  6,36  0,0294  33,96226 240  22,825  0,044  6,89  0,0287  34,83309 264  22,1 0,045  7,12  0,027 37,07865 288  20,94 0,048  6,91  0,024 41,67873 312  20,65 0,048  6,47  0,0207  48,22257 336  19,95 0,05 6,24  0,0186  53,84615
Keterangan: t     = waktu fermentasi (jam) [S] = konsentrasi substrat/glukosa (gr/ml) [P] = konsentrasi produk/alkohol  (gr/ml) V   = kecepatan reaksi (gr/ml.jam)
Dari  tabel  3  dapat  dibuat  hubungan  antara  1/[S]  dan 1/V sebagai berikut:
Gambar 3. Hubungan Antara 1/[S] vs 1/V
Grafik  ini  kemudian  didekati  dengan  persamaan  linier sebagai berikut :
        
[S] 1 V K V 1 V 1 maks m maks Sehingga diperoleh:
Intercept = 10,1 Slope = 1715,79620 1/V maks = intercept
V maks =  0.099 gr/ml.jam gr/ml 169.88 K 1715,79620 99 0,0 K slope V K m m maks m    Keterangan: V maks = kecepatan reaksi maksimum (gr/ml.jam) K m = konstanta Michaelis Menten (gr/ml)

## Kesimpulan
Kadar  pati  dan  glukosa  pada  sampel  masing- masing  adalah  16,07%  dan  32,96%.  Kadar  pati  dan glukosa  cenderung  menurun  selama proses  fermentasi, berbanding  terbalik  dengan  kadar  etanol  yang cenderung  meningkat.  Terdapat  2  konstanta  yang mempengaruhi  laju  reaksi  hidrolisis  pati  menjadi glukosa  yaitu:  Konstanta  kecepatan  reaksi  (K s )  = 1,41x10 -11 Konstanta koefisien difusi film (D) = 0,47 x 10 -11 .  Sehingga  pengendali  reaksi  hidrolisis  adalah difusi film. Dari penentuan kinetika fermentasi glukosa menjadi etanol diperoleh: Kecepatan reaksi maksimum (V maks )  =  0,099  gr/ml.jam  dan  konstanta  Michaelis- Menten (K m ) = 169,88 gr/ml

## Daftar Pustaka
[1]  Agra,  I.B.,  Warnijati,  S, Hidrolisa  Pati  Ketela Rambat  pada  Suhu  Lebih  dari  100˚C, Jurnal
..... (3)
..... (4)
..... (5) ..... (6) ..... (7)
Forum Teknik, Universitas Gajah
Mada, Yogyakarta, 1973.
[2]  Ali,  W.M, Biokonversi  Selulosa  Menjadi  Sumber Energi Mikrobia, Jakarta, 2008.
[3]  Desroir,  Norman, Unit  Processing  Organic
Synthesis, Edisi ke-5, McGraw-Hill Book Company, New York, 1988.
[4]  Indra B.K dan Retno,D, Kinetika Reaksi Hidrolisa Patidari  Kulit  Nangka  Dengan  Katalisator  Asam Chlorida  Menggunakan  Tangki  Berpengaduk, Prosiding  Seminar  Nasional  Teknik  Kimia Soebardjo  Brotohardjono,  No.  6,  Hal  :  1-9,  ISSN: 1978-0427, 2010.
[5]  Kuswanto,  Kapti  Rahayu  dan  Slamet  Sudarmaji, Mikrobiologi  Pangan, Pusat  Antar  Universitas Pangan  dan  Gizi,  Universitas  Gajah  Mada,
Yogyakarta , 1989.
[6]  Levenspiel, Octave, Chemical Reaction Engineering, Edisi ke-2, John Wiley and Sons, Inc. New York, 1999.
[7]  Mendrofa, Gulma. Gulma
Mendrofa Sang Pencetus Olahan Salak Dari Tapsel,
http://www.medanbisnisonline.com/2009/02/09/gu lma-mendrofasang-pencetus-olahan-salak-dari- tapsel/, 2009. (Diakses tanggal 23 Desember 2011) [8]  Prescott,  S.  G  dan  C.  G.  Said, Industrial Microbiology ,  Edisi  ke-3,  McGraw-Hill  Book Company, New York, 1959.
[9]  Putri,  Lili  Suraya  Eka, Konversi  Pati  Ganyong Menjadi  Bioethanol  Melalui  Hodrolisis  Asam  dan Fermentasi, Universitas  Islam  Negeri  Syarif Hidayatullah, ISSN: 1412-033X, 2008.
[10]  Stanbury  P.F.  dan  A.  Whitaker, Principles  of Fermentation  Technology ,  Pergamon  Press,  New York, 1984.