BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengaruh Konsentrasi Urea terhadap Perolehan Etanol Pada penelitian ini mikroorganisme yang digunakan adalah Saccharomyces cerevisiae yang diperoleh dari ragi roti. Proses fermentasi etanol berlangsung secara batch. Dalam medium fermentasi terdapat berbagai unsur diantaranya unsur C yang didapat dari substrat yang mengandung karbon berupa reject nanas, unsur N dengan penambahan pupuk yang mengandung nitrogen yaitu urea, dan unsur P dengan penambahan pupuk yang mengandung fosfor yaitu superfosfat. Unsur-unsur tersebut digunakan oleh mikroorganisme untuk pertumbuhan dan perkembangbiakannya. Saccharomyces cerevisiae mengandung 8.5 % nitrogen; 1.1 % fosfor; dan 2.1 % kalium [Bu’lock dan Kristiansen, 1987; dan Chen dan Chiger, 1985 dalam Hermawan, 2003] Produksi etanol dilakukan untuk menentukan konsentrasi urea optimum sebagai sumber nitrogen untuk nutrisi bagi Saccharomyces cerevisiae. Data yang diperoleh ditampilkan dalam bentuk grafik, yaitu dengan mengalurkan konsentrasi glukosa, perolehan etanol, dan berat sel kering pada berbagai konsentrasi urea 31
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengaruh Konsentrasi Urea terhadap Perolehan Etanol
Pada penelitian ini mikroorganisme yang digunakan adalah
Saccharomyces cerevisiae yang diperoleh dari ragi roti. Proses fermentasi etanol
berlangsung secara batch. Dalam medium fermentasi terdapat berbagai unsur
diantaranya unsur C yang didapat dari substrat yang mengandung karbon berupa
reject nanas, unsur N dengan penambahan pupuk yang mengandung nitrogen
yaitu urea, dan unsur P dengan penambahan pupuk yang mengandung fosfor yaitu
superfosfat. Unsur-unsur tersebut digunakan oleh mikroorganisme untuk
pertumbuhan dan perkembangbiakannya. Saccharomyces cerevisiae mengandung
8.5 % nitrogen; 1.1 % fosfor; dan 2.1 % kalium [Bu’lock dan Kristiansen, 1987;
dan Chen dan Chiger, 1985 dalam Hermawan, 2003]
Produksi etanol dilakukan untuk menentukan konsentrasi urea optimum
sebagai sumber nitrogen untuk nutrisi bagi Saccharomyces cerevisiae. Data yang
diperoleh ditampilkan dalam bentuk grafik, yaitu dengan mengalurkan konsentrasi
glukosa, perolehan etanol, dan berat sel kering pada berbagai konsentrasi urea
terhadap waktu fermentasi. Pada medium fermentasi terdapat konsentrasi glukosa
sebanyak 16% berat/volume yang diperoleh dari reject nanas di perkebunan nanas
rakyat daerah Rimbo Panjang Kec. Kampar, Riau dan sumber fosfor 0.06%
berat/volume dari superfosfat.
Dalam penelitian ini dilakukan variasi konsentrasi urea di dalam substrat
dan pengamatan fermentasi terhadap waktu pengambilan sampel. Secara umum,
hubungan antara waktu fermentasi (jam) terhadap konsentrasi glukosa (%) pada
berbagai konsentrasi urea dapat ditunjukkan pada Gambar 4.1.
31
32
Gambar 4.1. Kurva Hubungan Antara Waktu Fermentasi (jam) Terhadap
Konsentrasi Glukosa (%) Pada Berbagai Konsentrasi Urea
Pada Gambar 4.1 di atas terlihat bahwa semakin lama waktu fermentasi,
konsentrasi glukosa yang ada semakin berkurang. Hal ini menunjukkan adanya
penggunaan glukosa sebagai sumber karbon oleh Saccharomyces cerevisiae
sehingga menghasilkan etanol sebagai metabolit primer dan penggunaan urea
sebagai sumber nitrogen untuk memenuhi nutrisinya. Waktu fermentasi adalah
120 jam dan selama waktu itu, glukosa terus digunakan namun tidak sampai
habis. Hal tersebut terjadi pada semua variabel.
Penurunan konsentrasi glukosa tersebut terjadi karena Saccharomyces
cerevisiae membutuhkan substrat dalam pertumbuhan, baik untuk
perkembangbiakan maupun mempertahankan hidup sel. Perolehan etanol pada
penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 4.2.
33
Gambar 4.2. Kurva Hubungan Antara Waktu Fermentasi (jam) Terhadap
Konsentrasi Etanol (%) Pada Berbagai Konsentrasi Urea
Pada Gambar 4.2 diketahui bahwa waktu fermentasi berpengaruh terhadap
kadar etanol yang dihasilkan. Hasil yang didapat menunjukkan kadar etanol
optimum sebesar 13% dengan konsentrasi urea 0.5% pada waktu fermentasi 84
jam. Hal ini karena dengan penambahan urea sebagai sumber nitrogen akan
meningkatkan pH medium fermentasi sehingga semakin lama proses fermentasi
menyebabkan banyak etanol yang teroksidasi menjadi asam-asam organik dan
CO2 sehingga mengakibatkan kadar etanol yang semakin berkurang [Tarigan,
2001].
4.2 Pengaruh Konsentrasi Urea terhadap Konsentrasi Sel
Pada penelitian ini, konsentrasi urea yang dipilih adalah 0.3%, 0.4%,
0.5%, 0.6% dan 0.7% berat/volume. Secara umum, hubungan antara waktu
fermentasi (jam) terhadap konsentrasi sel (%) pada berbagai konsentrasi urea
dapat ditunjukkan pada Gambar 4.3.
34
Gambar 4.3. Kurva Hubungan Antara Waktu Fermentasi (jam) Terhadap
Konsentrasi Sel (%) Pada Berbagai Konsentrasi Urea
Gambar 4.3 di atas menunjukkan bahwa penambahan urea akan
mempengaruhi produksi sel. Dari grafik tersebut terlihat bahwa perolehan sel
tertinggi adalah 8.40 gr/L pada konsentasi urea 0.7% dan terendah adalah 2.25
gr/L pada konsentasi urea 0.5%. Artinya, semakin besar konsentrasi urea yang
ditambahkan maka produksi sel cenderung meningkat.
Dengan adanya peningkatan konsentrasi urea, maka yeast Saccharomyces
cerevisiae akan mendegrasinya menjadi ammonia dan CO2 [Cooper dan Sumrada,
1975 dalam Hermawan, 2003]. Terbukti dari hasil penelitian yang dilakukan
Sedha, dkk., (1984) menunjukkan bahwa penambahan konsentrasi urea akan
meningkatkan jumlah sel yang hidup. Hal ini terjadi karena kebutuhan nutrisi
mikroorganisme akan semakin terpenuhi sehingga pertumbuhannya menjadi lebih
baik.
Saccharomyces cerevisiae yang diperoleh dari ragi roti digunakan
langsung dan diadaptasikan dengan substrat ketika proses pembuatan inokulum.
Sehingga, fase adaptasi sel terjadi pada saat Saccharomyces cerevisiae
dikembangkan dalam inokulum yaitu antara selang waktu 0 sampai 12 jam. Fase
antara 12 sampai 84 jam disebut juga fase eksponensial (exponential phase).
35
Sedangkan pada waktu fermentasi lebih dari 84 jam terlihat kecenderungan
konsentrasi sel menurun. Hal ini dikarenakan mikroorganisme mengalami
kematian yang diakibatkan oleh berkurangnya nutrisi berupa urea sebagai sumber
nitrogen pada medium fermentasi (stationary phase) [Ahmad, 1993].
4.3 Produksi Bioetanol
Dalam fermentasi etanol, Saccharomyces cerevisiae menggunakan
substrat untuk memproduksi bioetanol sebagai metabolit primernya. Efisiensi
penggunaan substrat untuk produksi bioetanol dinyatakan dalam yield bioetanol
(dapat dilihat pada Gambar 4.4).
Gambar 4.4. Kurva Hubungan antara Waktu Fermentasi (jam) terhadap Yield
Bioetanol (%) pada Berbagai Konsentrasi Urea
Pada Gambar 4.4 terlihat bahwa dengan adanya penambahan konsentrasi
urea akan menunjukkan peningkatan berarti untuk yield bioetanol yang dihasilkan.
Pada variabel dengan konsentrasi urea 0.3%, 0.4%, 0.5% dan 0.7% diperoleh nilai
yield etanol tertinggi yang sama pada jam ke 84 yaitu berturut-turut sebesar
7.33%, 6.67%, 8.67%, dan 8.00%. Sedangkan untuk konsentrasi urea 0.6%
36
didapatkan nilai yield bioetanol tertinggi pada waktu 72 dan 84 jam sebesar 7.33%
Pada akhir periode analisa didapatkan nilai yield etanol tertinggi yaitu 8.67% pada
konsentrasi urea 0.5% dalam waktu 84 jam.
4.4 Model Kinetika Fermentasi Etanol Reject Nanas
Kinetika pertumbuhan dapat digambarkan sebagai fungsi dari konsentrasi
sel pada saat itu. Model kinetika pertumbuhan dapat dipaparkan menggunakan
model matematik yang berdasarkan anggapan bahwa sel sebagai satu kesatuan
dari beberapa komponen yang mempunyai sifat dan keadaan rata-rata hampir
sama sehingga dipandang sebagai komponen tunggal. Model sederhana yang
menggambarkan pertumbuhan pada proses fermentasi batch adalah model tak-
terstruktur. Model ini menganggap bahwa sel ditinjau sebagai komponen tunggal
dan hanya ada satu variabel yang berubah dalam media selama fermentasi
berlangsung [Bailey dan David, 1986 dalam Ahmad, 1990].
Pada sistem fermentasi batch, posisi substrat akan berubah setiap waktu
dan produk metabolit terus terbentuk. Akibatnya, lingkungan mikroorganisme
tidak dalam keadaan tunak. Sebagian besar fermentasi batch berlangsung pada
laju pertumbuhan spesifik yang konstan dan tidak tergantung pada perubahan
konsentrasi nutrisi. Tetapi laju pertumbuhan merupakan fungsi konsentrasi
substrat. Monod (1949) mendefinikan persamaan yang menggambarkan
hubungan antara laju pertumbuhan spesifik dan konsentrasi substrat yaitu sebagai
berikut:
……………………………. (pers 4.1)
dengan,
= laju pertumbuhan spesifik (jam-1)
37
= laju pertumbuhan spesifik maksimum (jam-1)
S = konsentrasi substrat (g/L)
= konstanta kejenuhan substrat (g/L)
Model kinetika fermentasi etanol reject nanas ini menurut model tak-
terstruktur dijelaskan di bawah ini, yaitu:
4.4.1 Parameter Kinetika Pertumbuhan
Parameter kinetika pertumbuhan ditentukan dengan metoda regresi linier
menggunakan microsoft excel. Hasil yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 4.1
berikut ini:
Tabel 4.1. Parameter Kinetika Pertumbuhan
S Ks µmaks
0.3 1175.953 0.071
0.4 1747.355 0.092
0.5 2068.831 0.093
0.6 3065.632 0.116
0.7 4801.996 0.159
Pada Tabel 4.1 terlihat bahwa konstanta kejenuhan substrat (Ks) yang
diperoleh termasuk kriteria S < 10 Ks [Wang, 1978 dalam Ahmad, 1990], berarti
laju spesifik pertumbuhan merupakan fungsi dari konsentrasi substrat. Harga Ks
besar menyatakan bahwa afinitas antara sel dengan substrat kecil. Hal ini
disebabkan karena substrat yang digunakan mempunyai komposisi yang
kompleks sehingga diperlukan perlakuan awal yang dapat menghilangkan
inhibitor organik dan anorganik sedangkan pada penelitian ini tidak dilakukan
penghilangan inhibitor. Saccharomyces cerevisiae dalam substrat reject nanas
38
perlu dilakukan adaptasi untuk memperpendek fasa lag dalam fermentasi dan
bertujuan untuk mengkondisikan Saccharomyces cerevisiae tahan hidup dengan
konsentrasi nutrisi yang cukup sehingga pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae
tidak terhambat.
4.4.2 Laju Pemanfaatan Substrat
Hasil dari pemanfaatan substrat dengan variasi konsentrasi urea sebagai
sumber nitrogen dapat dilihat pada Tabel 4.2 berikut ini: