## KINETIKA REAKSI FERMENTASI GLUKOSA DARI BUAH SUKUN MENJADI BIOETANOL MENGGUNAKAN
SACCHAROMYCES CEREVISIAE
Alda Febriyanti, Febriana Pungki Martalia, Sri Redjeki*
Program Studi Teknik Kimia Universitas Pembangunan Nasional ”Veteran” Jawa Timur Jalan Raya Rungkut Madya No.1 Gunung Anyar, Kota Surabaya, Jawa Timur
60249, Indonesia
*Penulis korespondensi: sriredjeki.tk@upnjatim.ac.id

## Abstrak
Bioetanol  dapat  dibuat  dari  buah  sukun  yang  memiliki  kandungan  karbohidrat  sebesar  35,5%.. Fermentasi  glukosa  dari  buah  sukun  menjadi  bioetanol  menggunakan  Saccharomyces  cerevisiae  dimulai dengan  persiapan  bahan  baku  yaitu  buah  sukun.  Kemudian  dilanjutkan  dengan  proses  hidrolisis  secara enzimatis  yang  terdiri  dari  proses  likuifikasi  dengan  penambahan  enzim  α-amilase  dan  proses  sakarifikasi dengan penambahan enzim glukoamilase. Glukosa hasil hidrolisis dengan konsentrasi sebesar 10% kemudian difermentasi menggunakan Saccharomyces cerevisiae pada suhu 25, 30, dan 35°C serta pada waktu 4, 5, 6, 7, dan 8 hari. Hasil fermentasi kemudian diuji kadarnya menggunakan refraktometer alkohol dan refraktometer gula.  Setelah  itu  dapat  diperoleh  kinetika  reaksinya  yang  dinyatakan  dengan  persamaan  reaksi  Monod. Konsentrasi alkohol paling besar hasil fermentasi yaitu sebesar 11% dengan waktu fermentasi selama 4 hari dan  pada  suhu  25°C.  Serta  didapatkan  nilai  konstanta  kecepatan  reaksi  (k)  yang  didapatkan  pada  interval waktu  4-8  hari  adalah    0,08867-0,26851  dan  nilai  konstanta  Monod  adalah  0,2286-0,5098.  Persamaan kecepatan  fermentasi  glukosa  dari  buah  sukun  menjadi  bioetanol  dengan  menggunakan  Saccharomyces cerevisiae pada reaktor batch optimum mengikuti persamaan r c =-r A =0,26851 C c C A /(C A + 0,5098) mol/L.hari.
Kata kunci: bioetanol; fermentasi; kostanta Monod; Saccharomyces cerevisiae

## REACTION KINETICS OF GLUCOSE FERMENTATION FROM BREADFRUIT INTO BIOETHANOL USING SACCHAROMYCES CEREVISIAE

## Abstract
Bioethanol can be made from breadfruit which has a carbohydrate content of 35.5%. Fermentation of glucose from breadfruit into bioethanol using Saccharomyces cerevisiae begins with the preparation of raw materials, namely breadfruit. Then followed by an enzymatic hydrolysis process consisting of  a liquefaction process  with  the  addition  of  α-amylase  enzyme  and  a  saccharification  process  with  the  addition  of glucoamylase  enzymes.  Glucose  from  hydrolysis  with  a  concentration  of  10%  was  then  fermented  using Saccharomyces cerevisiae at temperatures of 25, 30, and 35°C and at 4, 5, 6, 7, and 8 days. The results of the fermentation were then tested for levels using an alcohol refractometer and a sugar refractometer. After that, the reaction kinetics can be obtained which is expressed by the Monod reaction equation. The highest alcohol concentration from fermentation is 11% with a fermentation time of 4 days and a temperature of 25°C. And the value of the reaction rate constant obtained at time intervals of 4-8 days is 0.08867-0.26851 and the value of the Monod constant is 0.2286-0.5098. The equation for the speed of glucose fermentation from breadfruit into bioethanol using Saccharomyces cerevisiae in the optimum batch reactor follows the equation r c =-r A =0,26851 C c C A /(C A + 0,5098) mol/L.day.
Keywords: bioethanol; fermentation; Monod constant; Saccharomyces cerevisiae

## PENDAHULUAN

## Latar belakang
Indonesia  merupakan  salah  satu  negara  yang memiliki  hasil  pertanian  yang  berlimpah,  salah satunya  yaitu  buah  sukun.  Buah  sukun  banyak ditemui di Indonesia diantaranya yaitu di daerah Jawa Barat,  Jawa  Tengah,  Jawa  Timur,  D.I  Yogyakarta, Kalimantan Timur, Nusa Tenggara Timur, Sumatera Selatan,  Lampung,  Sulawesi  Selatan,  dan  Jambi. Buah  sukun  memiliki  kandungan  gizi  yang  cukup tinggi. Dalam 100 gram berat  basah sukun mengan- dung karbohidrat 35,5%, protein 0,1%, lemak 0,2%, abu  1,21%, fosfor  0,048%,  kalsium  0,21%,  zat  besi 0,0026%,  kadar  air  61,8%,  dan  serat  atau  fiber  2% (Supriati dkk, 2005).
Pemanfaatan  buah  sukun  di  Indonesia  belum dimaksimalkan,  sehingga  nilai  ekonomi  dari  buah sukun masih rendah. Buah sukun dapat dimanfaatkan sebagai  bahan  baku  dalam  pembuatan  bahan  bakar nabati  bioetanol  karena  memiliki  kandungan  karbo- hidrat (pati) yang cukup tinggi. Bioetanol merupakan etanol yang dibuat dari bahan baku nabati dengan cara ferrmentasi.  Bioetanol  dapat  digunakan  sebagai sumber  alternatif  untuk  bahan  bakar  kendaraan (Siswati  dkk,  2017).  Penambahan  bioetanol  dalam jumlah kecil yaitu sebesar 10% ke dalam bensin dapat mengurangi emisi gas seperti CO dan NO yang dapat menyebabkan efek rumah kaca (Imam dkk, 2011).
Fermentasi  glukosa  dengan Saccharomyces cerevisiae merupakan  fermentasi  dengan  bantuan mikroba.  Fermentasi  mikroba  yaitu  fermentasi  yang dilakukan  dan  dikatalis  oleh  mikroorganisme  atau mikroba seperti yeast, bakteri, alga, jamur, protozoa. Fermentasi  mikroba  dapat  dilambangkan  sebagai berikut:
(umpan organik, A) 𝑚𝑖𝑘𝑟𝑜𝑏𝑎 𝐶 → (produk, R) + (mikroba berlebih, C)
dimana  mikroba  C  berperan  sebagai  katalis  dalam reaksi.
Model  kinetika  reaksi  pada  fermentasi  dapat dituliskan seperti pada persamaan 1,2 dan 3.
𝐴 + 𝐶 𝑟𝑒𝑠𝑡𝑖𝑛𝑔 ↔ 𝐶 𝑝𝑟𝑒𝑔𝑛𝑎𝑛𝑡 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝐶 𝐴 𝑡𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 𝑟 𝑅 = 𝑘𝐶 𝐶 ………………………………………..(1)
𝐶 𝑝𝑟𝑒𝑔𝑛𝑎𝑛𝑡 → 2𝐶 𝑟𝑒𝑠𝑡𝑖𝑛𝑔 + 𝑅        𝑝𝑎𝑑𝑎 𝐶 𝐴 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑎ℎ 𝑟 𝑅 = 𝑘𝐶 𝐶 𝐶 𝐴 /𝐶 𝑀 .................................................. (2)
𝐶 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐶 𝑝𝑟𝑒𝑔𝑛𝑎𝑛𝑡 + 𝐶 𝑟𝑒𝑠𝑡𝑖𝑛𝑔 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑒𝑚𝑢𝑎 𝐶 𝐴 𝑟 𝑅 = 𝑘𝐶 𝐶 𝐶 𝐴 𝐶 𝐴 +𝐶 𝑀 ..........................................................(3)
Dengan C M adalah konstanta Monod (Levenspiel O, 1999).
Pembuatan  bioetanol  dari  buah  sukun  meng- gunakan bakteri Zymomonas mobilis telah dilakukan
oleh Siswati, dkk pada tahun 2017, didapatkan hasil kondisi terbaik dalam fermentasi buah sukun menjadi bioetanol  dicapai  pada  penambahan  starter  dengan konsentrasi 10%, waktu fermentasi selama 7 hari dan didapat  bioetanol  dengan  kadar  9,87%.  Penggunaan bakteri Zimomonas  mobilis dipilih  karena  bakteri tersebut memiliki beberapa keunggulan dibandingkan Saccharomyces  cerevisiae yaitu  lebih  toleran  pada suhu dan pH rendah, serta terhadap konsentrasi etanol yang tinggi. Pada penelitian-penelitian kinetika reaksi pembuatan  bioetanol  digunakan  bahan  baku  yang bermacam-macam, diantaranya yaitu buah salak, pati biji  nangka,  dan  limbah  kulit  nanas.  Bahan-bahan yang  digunakan  tersebut  rata-rata  memiliki  kadar karbohidrat (pati) yang cukup tinggi. Dari penelitian kinetika  reaksi  fermentasi  bioetanol  dari  buah  salak diperoleh kecepatan reaksi  maksimum (v maks )=0,099 gr/ml.jam  dan  konstanta  Michaelis-Menten  (k m )= 169,88  gr/ml (Fatimah  dkk,  2013).  Sedangkan  pada penelitian  kinetika  reaksi  fermentasi  bioetanol  dari biji  durian  diperoleh  konstanta  Michaelis-Menten (k m )=5,5  ppm -1 dan  kecepatan  reaksi  maksimum (v maks )=  5000  ppm.jam -1 (Salsabila  dkk,  2013). Penelitian kinetika reaksi dalam pembuatan bioetanol dari  buah  sukun  menggunakan  persamaan  Monod belum pernah dilakukan.
Berdasarkan  penelitian-penelitian  terdahulu tersebut diambil kondisi optimum yang telah didapat untuk  penelitian  kinetika  reaksi  fermentasi  glukosa menjadi  bioetanol  menggunakan Saccharomyces cerevisiae yang  belum  pernah  dilakukan.  Bakteri Saccharomyces  cerevisiae digunakan  karena  mudah didapat,  harga  relatif  murah,  dan  mudah  diaplikasi- kan.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menentukan model  kinetika  reaksi  fermentasi  glukosa  menjadi bioetanol  dari  buah  sukun  menggunakan  bantuan Saccharomyces cerevisiae . Penentuan kinetika reaksi fermentasi  ini  dapat  digunakan  untuk  merancang reaktor atau fermentor dengan spesifikasi bahan baku yang sama.

## METODE PENELITIAN Bahan
Bahan  yang  digunakan  yaitu  buah  sukun matang  (15-19  minggu)  yang  diperoleh  dari  Desa Waru, Kecamatan Balongbendo, Kabupaten Sidoarjo, Jawa  Timur.  Kemudian Saccharomyces  cerevisiae merk  Alcotec  Turbo  Yeast,  enzim  α-Amilase  dan Glukoamilase, Aquadest, Asam  Klorida (HCl) 32%, dan  Natrium  Hidroksida  diperoleh  dari  Toko Nirwana, Surabaya.

## Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian ini yaitu pengayak  100  mesh,  kertas  saring,  seperangkat  alat hidrolisis yang meliputi beaker glass, kapsul magnet, dan hot plate. Serta seperangkat alat fermentasi yang meliputi  botol,  pH  meter,  termometer,  dan  selang. Kemudian  digunakan  juga  refraktometer  gula  dan
refraktometer alkohol untuk menganalisa hasil hidro- lisis dan fermentasi.

## Prosedur Persiapan Bahan Baku
Buah  sukun  yang  sudah  matang  dikupas kulitnya, dibersihkan, dan dipotong tipis. Kemudian dioven  pada  suhu  60°C  selama  45  menit.  Setelah kering,  buah  sukun  kemudian  ditumbuk  halus  dan diayak menggunakan pengayak 100 mesh.

## Proses Hidrolisa Proses Likuifikasi
Tepung  sukun  dimasukkan  ke  dalam  beaker glass sebanyak 135 gram dan  ditambahkan aquades sebanyak  1000ml.  kemudian  dipanaskan,  setelah mencapai  suhu 90°C, ditambahkan enzim α-amilase 0,3ml.  Proses  berlangsung  selama  1  jam  sambil diaduk  dan  suhu  larutan  tersebut  diturunkan  sampai 60°C, pH diatur sampai 5-6 dengan cara ditambahkan HCl 0,1 N atau NaOH 0,1 N.

## Proses Sakarifikasi
Larutan hasil likuifikasi yang telah diturunkan suhunya sampai 60°C dan diatur pH-nya hingga 5-6, kemudian  ditambahkan  enzim glukoamilase seba- nyak 0,3ml. Setelah itu larutan disaring, endapannya dibuang dan filtratnya ditampung. Filtrat diukur kadar glukosanya, selanjutnya dilakukan proses fermentasi.

## Proses Fermentasi
Filtrat  hasil  sakarifikasi  sebanyak  100ml dimasukkan  ke  dalam  botol  fermentasi.  Kemudian ditambahkan Sacccharomyces  cerevisiae dengan konsentrasi  sebesar  10%.  Botol  fermentasi  ditutup dengan  rapat  dan  dialirkan  gas  ke  dalam  botol  lain yang berisi air. Fermentasi dijalankan sesuai dengan variabel suhu dan waktu fermentasi. Setelah itu filtrat diambil untuk dianalisa kadar alkoholnya.

## Analisa Kadar Etanol
Hasil dari proses fermentasi diambil beberapa tetes untuk dilakukan analisa menggunakan refrakto- meter  alkohol  dan  refraktometer  gula.  Sampel  yang akan dianalisa diambil menggunakan pipet kemudian diletakkan  diatas  prisma  lalu  ditutup.  Setelah  itu, diatur cahaya yang masuk dan diamati melalui lensa. Sehingga  terlihat  angka  atau  nilai  yang  tertera  pada skala  di  bagian  dalam  prisma  sebagai  nilai  konsen- trasi senyawa.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Percobaan fermentasi glukosa dari buah sukun menjadi  bioetanol  menggunakan Saccharomyces cerevisiae ,  konsentrasi  glukosa  awal  (C A0 )  sebesar 10%  dengan  variabel  waktu  dan  suhu  fermentasi, didapatkan hasil penelitian seperti pada Tabel 1, 2 dan Tabel 3.
Tabel  1. Konsentrasi  produk  (alkohol)  yang terbentuk (%) Waktu / t (hari) Konsentrasi Alkohol (%) 25°C 30°C 35°C 4 11 10,5 7 5 10,5 10,3 6,8 6 10,3 10 6,5 7 10 9,8 6 8 9 9,5 5
Tabel 2. Konsentrasi glukosa setiap saat / C A (%) Waktu / t (hari) Konsentrasi Glukosa (%) 25°C 30°C 35°C 4 3,7 4,1 3,3 5 3,4 3,9 3 6 3,2 3,6 2,8 7 3,1 3,4 2,6 8 3 3 2,5
Tabel 3. Konsentrasi mikroba setiap saat / C C (%) Waktu / t (hari) Konsentrasi Mikroba (%) 25°C 30°C 35°C 4 0,79 0,76 0,72 5 0,74 0,74 0,69 6 0,7 0,69 0,66 7 0,68 0,66 0,62 8 0,63 0,38 0,59
Pengaruh waktu dan suhu fermentasi terhadap konsentrasi produk dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar  1 .  Hubungan  antara  konsentrasi  produk, suhu dan waktu fermentasi
Pada  Gambar  1  terlihat  bahwa  konsentrasi alkohol    optimal  dihasilkan  pada  hari  ke-4  sebesar 11%,  setelah  itu  mengalami  penurunan  konsentrasi alkohol. Kemudian, pada suhu 25°C dan 30°C 8 hari terdapat  penyimpangan  bahwa  kadar  alkohol  yang didapat  lebih  sedikit  pada  suhu  25°C,  hal  tersebut dapat  disebabkan  karena  suhu  yang  digunakan kurang  konstan.  Menurut  (Moede,  2017),  pada penelitian  Rivera,  dkk.  2006  bahwa  parameter
temperatur  digunakan  untuk  mengevaluasi  jumlah maksimum yang diharapkan pada proses fermentasi. Berdasarkan  penelitian  yang  dilakukan,  produksi etanol maksimum dapat dicapai pada temperatur 28- 31°C.  Hal  tersebut  sesuai  dengan  penelitian  kami, bahwa  pada  suhu  35°C  didapatkan  kadar  alkohol yang rendah.
Gambar 2 . Hubungan antara ln (C A0 /C A )/ln (C C /C C0 ) dengan t b /ln (C C /C C0 )
Dari Gambar 2 diketahui bahwa garis tersebut linear dan didapatkan nilai R 2 0,8; 0,85; dan 0,9. Garis linear tersebut dapat dibuat persamaan garis y = ax + b  dimana  nilai  a  adalah  slope  dan  nilai  b  adalah intersep.  Nilai  slope  merupakan  nilai  konstanta Monod/konstanta  kecepatan  reaksi  (M/k)  dan  nilai intersep  merupakan  nilai  konstanta  Monod  + 1/konstanta ((M+1)/k). Kemudian konstanta kecepatan reaksi dan konstanta Monod dapat dihitung menggunakan persamaan 7, dengan juga menghitung parameter-parameter pada persamaan 4, 5 dan 6.
𝐶 𝐶 − 𝐶 𝐶0 = (𝐶/𝐴)(𝐶 𝐴0 − 𝐶 𝐴 ) ...............................(4)
𝑡 𝑏 𝑙𝑛 𝐶 𝐶 𝐶 𝐶0 ⁄ = 𝑀+1 𝑘 + 𝑀 𝑘 𝑙𝑛 𝐶 𝐴0 𝐶 𝐴 ⁄ 𝑙𝑛 𝐶 𝐶 𝐶 𝐶0 ⁄ .................................(5)
𝑀 = 𝐶 𝑀 𝐶 𝐴0 +𝐴/𝐶 𝐶 𝐶0 ....................................................(6)
k = 𝑙𝑛( 𝐶𝐶 𝐶𝐶0 ) 𝑡 𝑏 − 𝑘 𝑀 − ( 𝑘 𝑀 × 𝑙𝑛( 𝐶𝐶 𝐶𝐶0 ) 𝑙𝑛( 𝐶𝐴0 𝐶𝐴 ) ) .............................(7)
Dimana  t b adalah waktu fermentasi  (hari), C C adalah konsentrasi mikroba setiap saat (%), C C0 konsentrasi mikroba awal (%), C A konsentrasi substrat setiap saat (%), C A0 konsentrasi substrat awal (%), C M konstanta Monod, dan k adalah konstanta kecepatan reaksi.
Nilai  konstanta  kecepatan  reaksi  semakin kecil  pada  suhu  tinggi,  dan  nilai  konstanta  Monod semakin kecil ketika waktu fermentasi semakin besar (Tabel  4).  Berdasarkan  data  yang  diperoleh,  maka dapat  dibuat  persamaan  Monod  dari  Levenspiel Chapter  29  (hal.630),  sebagaimana  dituliskan  pada persamaan  8.  Dengan  demikian,  kondisi  optimum
pada  fermentasi  glukosa  dari  buah  sukun  menjadi bioetanol  dengan  menggunakan Saccharomyces cerevisiae pada reaktor batch yaitu  pada suhu 25°C dan  waktu  4  hari,  dengan  persamaan  seperti  pada persamaan 9.
Tabel  4. Nilai  konstanta  kecepatan  reaksi  dan konstanta Monod Waktu / t (hari) 25°C 30°C 35°C k C M k C M k C M 4 0,26 0,51 0,1 0,39 0,09 0,42 5 0,25 0,47 0,1 0,37 0,09 0,37 6 0,24 0,36 0,09 0,29 0,09 0,33 7 0,23 0,33 0,09 0,26 0,09 0,28 8 0,21 0,24 0,09 0,22 0,08 0,24
𝑟 𝐶 =  k 𝐶 𝐴 𝐶 𝐶 𝐶 𝐴 +𝐶 𝑀 ...................................................... (8)
𝑟 𝐶 =  0,26851 𝐶 𝐴 𝐶 𝐶 𝐶 𝐴 +0,5098 mol/L.hari………………(9)

## SIMPULAN
Suhu  dan  waktu  optimum  pada  fermentasi glukosa  menjadi  bioetanol  dengan  menggunakan Saccharomyces  cerevisiae yaitu  pada  suhu  25°C dengan  waktu  4  hari.  Nilai  konstanta  reaksi  pada interval waktu 4-8 hari adalah  0,08867-0,26851 dan nilai  konstanta  Monod  adalah  0,2286-0,5098. Persamaan  kecepatan  fermentasi  glukosa  dari  buah sukun  menjadi  bioetanol  dengan  menggunakan Saccharomyces  cerevisiae pada  reaktor  batch optimum mengikuti persamaan r c =-r A =0,26851 C c C A / (C A + 0,5098) mol/L.hari.

## SARAN
Sebaiknya  penelitian  menggunkan  bahan  lain yang  memiliki  kandungan  glukosa  yang  lebih  besar agar produk yang  dihasilkan pada proses fermentasi semakin optimal. Sebaiknya proses dilakukan secara kontinyu agar mengetahui perbedaan hasil dari proses batch dan kontinyu.

## DAFTAR PUSTAKA
Fatimah, L, G & Rahmasari G 2017, ‘Kinetika Reaksi Fermentasi  Alkohol  dari  Buah  Salak’,  Jurnal Teknik Kimia USU, vol. 2, no. 2, hh. 19.
Imam, T, Capareda, S, 2011, ‘Fermentation Kinetics and Ethanol Production From Different Sweet Sorgum  Varieties’,  International  Journal  of Agricultural & Biological Engineering, vol. 4, no. 3, hh. 33-40.
Levenspiel, O 1999, Chemical Reaction Engineering
Third Edition, John Wiley & Sons, New York. Moede,  F,  K,  Gonggo,  S,  T  &  Ratman  2017, ‘Pengaruh Lama Waktu Fermentasi Terhadap Kadar  Bioetanol  dari  Pati  Ubi  Jalar  Kuning (Ipomea batata L)’, J. Akad. Kim, vol. 6, no.2, hh.86-91.
Salsabila,  U,  Mardiana,  D  &  Indahyanti,  E  2013,
‘Kinetika  Reaksi  Fermentasi  Glukosa  Hasil Hidrolisis  Pati  Biji  Durian  Menjadi  Etanol’,
Kimia Student Journal, vol. 2, no. 1, hh. 336.
Siswati,  N,  Dyah,  Dara,  P,  Secylia  &  Wardana,  R, Asrulywan  2017,  ‘Fermentasi  Buah  Sukun Menjadi Bioetanol’, Jurnal Teknik Kimia, vol. 11, no. 2, hh. 57.
Supriati,  Y,  Mariska,  I  &  Hutami,  S  2005, ‘Mikropropagasi  Sukun  (Artocarpus  commu- nis  Forst),  Tanaman  Sumber  Karbohidrat Alternatif’, Jurnal Ilmiah Nasional, vol. 7, no.
4, hh. 219 – 226