Jurnal Penelitian

Pembuatan Dan Pemurnian Bioetanol Dari Buah Pepaya Dan Ketan Hitam Menggunakan Proses Fermentasi Dan Destilasi

Naufal Najmuddin (1112096000056), Shofwatunnisa (1112096000060), Taufiq Siahaan (1112096000052) dan Titin Anggraini (1112096000043)

Program Studi Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi

UIN Syarif Hidayatullah Jakarta, Jl. Ir. H. Juanda No. 95 Ciputat 15412

Abstrak

Bioetanol adalah etanol yang berasal dari sumber hayati. Bioetanol bersumber dari gula sederhana, pati dan selulosa. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan bioetanol dengan bahan baku ketan hitam dan buah pepaya, mengetahui kadar etanol yang diperoleh, serta menguji efektivitas alat destilasi sederhana yang telah dirangkai. Penelitian ini melalui dua tahapan proses yaitu proses fermentasi dengan mengubah glukosa menjadi etanol dengan bantuan bakteri Saccharomyces cereviceae yang terkandung pada yeast dan proses destilasi. Dari hasil penelitian, diperoleh Air hasil fermentasi ketan hitam sebanyak 250 ml, dengan hasil destilasi 1 ml dan kadar etanol 0%. Air hasil fermentasi buah pepaya sebanyak 180 ml, dengan hasil destilasi 15 ml dan kadar etanol  0%.

Kata kunci : Bioetanol, ketan hitam, buah pepaya, fermentasi, destilasi

Abstract

Bioethanol is ethanol derived from biological sources. Bioethanol is derived from simple sugars, starch and cellulose. This research aims to produce bioethanol with black rice and raw material papaya, determine levels of ethanol obtained, as well as testing the effectiveness of a simple distillation apparatus that has been assembled. This research through a two stage process, that is the fermentation process by converting glucose to ethanol with the aid of bacteria contained Saccharomyces cereviceae in yeast and distillation process. From the research, obtained water fermented black glutinous rice 250 ml, the ethanol content of 0%. And water fermented papaya fruit as much as 180 ml​​, the ethanol content of 0%.

Keywords: Bioethanol, black sticky rice, papaya fruit, fermentation, distillation.

I.                   PENDAHULUAN

Bioetanol adalah etanol yang berasal dari sumber hayati. Bioetanol bersumber dari gula sederhana, pati dan selulosa. Setelah melalui proses fermentasi dihasilkan etanol. Etanol adalah senyawa organik yang terdiri dari karbon, hydrogen dan oksigen, sehingga dapat dilihat sebagai turunan senyawa hidrokarbon yang mempunyai gugus hidroksil dengan rumus C₂H₅­OH. Etanol merupakan zat cair, tidak berwarna, berbau spesifik, mudah terbakar dan menguap, dapat bercampur dalam air dengan segala perbandingan. Bahan baku untuk memproduksi bioetanol berasal dari bahan yang mengandung glukosa, berpati, dan bahan yang berselulosa (Wiratmaja dkk, 2011). Diantara banyak sumber bahan baku yang mengandung sumber amilum, ketan hitam dan pepaya adalah salah satunya.

Ketan hitam merupakan salah satu komoditi yang sangat potensial sebagai sumber karbohidrat, antioksidan, senyawa bioaktif, dan serat yang penting bagi kesehatan (Yanuar, 2009). Pati merupakan karbohidrat utama pada ketan. Pati adalah homopolimer glukosa dengan ikatan α-glikosida. Pati terdiri dari dua fraksi yang dapat dipisahkan dengan air panas, di mana fraksi terlarut adalah amilosa sedangkan fraksi yang tidak larut adalah amilopektin. (Anonim, 2010)

Pepaya (Carica papaya L.) merupakan salah satu komoditas buah yang hampir semua bagiannya dapat dimanfaatkan. Krishna et al. (2008) mengemukakan bahwa bagian tanaman buah pepaya seperti akar, dam, buah dan biji mengandung fitokimia: polisakarida, vitamin, mineral, enzim, protein, alkaloid, glikosida, saponin dan flavonoid yang semuanya dapat digunakan sebagai nutrisi dan obat.

Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan bioetanol dengan bahan baku ketan hitam dan buah pepaya. Ketan hitam dan buah pepaya dipilih sebagai bahan baku pembuatan etanol dikarenakan keduanya merupakan sumber hayati yang memiliki kandungan pati yang dapat dikonversikan menjadi bioetanol. Memanfaatkan bahan baku ketan hitam dan buah papaya tentunya dapat  meningkatkan effisiensi dan proses produksi dari pembuatan Bioetanol serta mengoptimalkan pemanfaatan ketan hitam dan buah papaya. Pembuatan bioetanol dengan bahan dasar ketan hitam dan buah pepaya ini melalui dua tahapan proses yaitu proses fermentasi dan distilasi. Proses fermentasi mengubah glukosa menjadi etanol dengan bantuan bakteri Saccharomyces cereviceae yang terkandung pada yeast. Selanjutnya dilakukan  pemurnian etanol dari air hasil fermentasinya menggunakan prinsip destilasi, dengan tujuan untuk mengetahui bioetanol yang dihasilkan dan berapa kadar yang dapat dimurnikan dalam proses destilasi. Alat destilasi yang digunakan dalam penelitian ini merupakan alat destilasi sederhana yang dirangkai menggunakan peralatan yang mudah didapatkan. Oleh sebab itu, selain membuat bioetanol, penelitian ini juga bertujuan untuk mengetahui efektivitas dari alat destilasi sederhana yang telah dirangkai.

Proses distilasi merupakan proses pemurnian untuk meningkatkan kadar etanol yang dihasilkan pada proses fermentasi. Destilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan perbedaan kecepatan atau kemudahan menguap (volatilitas) bahan. Dalam penyulingan, campuran zat dididihkan sehingga menguap, dan uap ini kemudian didinginkan kembali ke dalam bentuk cairan. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap lebih dulu. Penerapan proses ini didasarkan pada teori bahwa pada suatu larutan, masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya (wikipedia).

II.                METODE PENELITIAN

Alat destilasi sederhana

Wadah sebagai tempat air hasil fermentasi dihubungkan pada kondensor melalui selang untuk mengalirkan uap, dan kondensor dihubungkan pada wadah sebagai penampung hasil destilat dengan selang.

Fermentasi ketan hitam

Disiapkan beras ketan hitam, daun pisang dan ragi sesuai kebutuhan. Beras ketan hitam sebanyak 1 kg dicuci bersih. Direbus beras Ketan hitam kurang lebih 20 menit. Kemudian dikukus beras ketan hitam sampai matang. Beras ketan yang telah masak dipindahkan secara aseptik ke atas tampah yang dialasi daun pisang. Kemudian dinginkan menggunakan kipas. Setelah dingin ditaburi ragi tape yang telah digerus menggunakan saringan teh, untuk 1 kg beras ketan dibutuhkan 1 butir ragi tapai. Dibungkus menggunakan daun pisang yang telah disiapkan. Selanjutnya disimpan dalam suatu wadah yang kedap cahaya atau pada suhu kamar. Simpan selama 3 sampai 4 hari untuk proses fermentasi. Setelah tiga sampai empat malam diperiksa isinya, bila sudah berbau alkohol dan mengeluarkan air berarti fermentasi sudah berlangsung.

Fermentasi buah pepaya

Pepaya dengan massa 8075 gram dikupas lalu direbus sampai buah pepaya lembut.  Buah pepaya yang telah direbus diblender sampai halus, dicatat berapa volume yang didapatkan. Lalu ditambahkan dengan ragi 5% dari volume pepaya hasil fermentasi yaitu 12,5 %. Ditambahkan pupuk Urea 2% dari volume pepaya. Diaduk hingga rata. Setelah itu ditutup rapi agar tidak ada udara yang masuk. Ditunggu hingga 48 jam sampai tidak ada buih yang menyertai fermentasi. Setelah itu hasil fermentasi diperas, diambil cairannya saja.

Destilasi hasil fermentasi

Air hasil fermentasi diperas. Dilakukan roses destilasi dengan menggunakan alat destilasi yang telah dirangkai. Ditunggu hingga keluar cairan etanolnya. Setelah selesai diukur volume yang didapatkan.

Penetuan kadar Etanol

Piknometer kosong ditimbang. Destilat dimasukkan ke dalam piknometer. Piknometer yang berisi destilat ditimbang dan dicari densitasnya.

III.             HASIL dan PEMBAHASAN

            Hasil penelitian yang diperoleh mencakup tentang pembuatan alat destilasi sederhana, jumlah bioetanol hasil fermentasi dari ketan hitam dan buah pepaya serta kadar etanol dari ketan dan buah pepaya. Jumlah bahan baku yang digunakan yaitu 1 kg ketan hitam dan 250 ml pepaya.

Alat destilasi sederhana

Alat destilasi yang digunakan adalah alat destilasi sederhana yang dirangkai dari barang-barang konvensional atau barang-barang bekas. Alat destilasi tersebut terdiri dari penangas, kondenser, termometer serta wadah untuk cairan sampel dan hasil destilat. Alat yang digunakan untuk pembuatan alat destilasi ini antara lain kaleng bekas (kaleng biskuit), botol bekas (botol sirup) dan selang. Alat-alat sederhana tersebut dirangkai menjadi sebuah alat destilasi sederhana seperti pada gambar 6, gambar 7 dan gambar 8.

Gambar 6. Satu set alat destilasi sederhana

Gambar 7. Penangas pada alat destilasi

Gambar 8. Kondenser pada alat destilasi

Destilasi sampel ketan hitam dengan buah pepaya dilakukan pada waktu dan dengan alat yang berbeda. Pada destilasi sampel ketan hitam, alat destilasi yang digunakan kurang sempurna karena selang yang digunakan terlalu panjang sehingga menghambat uap mengalir dan menetes pada wadah penampung sehingga mempengaruhi hasil destilasi. Sedangkan alat destilasi pada sampel buah pepaya dapat bekerja dengan baik, sehingga hasil destilat yang diperoleh pun maksimal.

Fermentasi ketan hitam

            Pada fermentasi ketan hitam digunakan ragi sebagai medium. Ragi merupakan medium yang baik bagi jamur amiloletik (pemecah pati) membentuk alkohol seperti Chlamudomucor oryzae, Mucor sp, Rhyzopus Oryzae, Hansenula sp, Saccharomyces cereviseae dan candida sp. Fermentasi yang terjadi yaitu perubahan pati menjadi gula dan oleh ragi gula diubah menjadi alkohol sehingga ketan menjadi lunak, berair, manis dan berbau alkohol.

Reaksi:

2(C₆H₁₀O₅)n + nH₂O → n C₁₂H₂₂O₁₁

Amilum/pati amilase maltosa

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → 2 C₆H₁₂O₆

Maltosa maltase glukosa

C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + CO₂

Glukosa alkohol

                        Fermentasi ketan hitam memerlukan kecermatan dan kebersihan yang tinggi sehingga ketan dapat menjadi lunak karena proses fermentasi yang baik. Agar pembuatan tape berhasil dengan baik alat-alat dan bahan-bahan harus bersih, terutama dari lemak atau minyak. Alat-alat yang berminyak apabila digunakan dalam mengolah fermentasi ketan hitam, dapat menyebabkan kegagalan fermentasi.

Fermentasi buah pepaya

Fermentasi buah pepaya memiliki prosedur kerja yang sama dengan ketan hitam. Buah pepaya direbus untuk menghilangkan bakteri-bakteri yang terdapat dalam buah dan memudahkan pada saat menghaluskan buah. Waktu yang dibutuhkan untuk penyimpanan fermentasi dari buah pepaya adalah 4 hari.  Sari buah pepaya yang didapatkan pada fermentasi adalah 250 ml dan setelah fermentasi adalah 180 ml. Pengurangan ini terjadi disebabkan  adanya alkohol yang menguap atau teroksidasi pada saat fermentasi. Selain itu, adanya bakteri yang berkembang di dalam hasil fermentasi yang ditunjukkan oleh bau yang menyengat juga mempengaruhi hasil fermentasi. Bakteri berkembang akibat renggang waktu yang lama antara proses fermentasi dengan proses pemerasan. Proses fermentasi buah pepaya dapat dilihat pada gambar 1, gambar 2, gambar 3, gambar 4 dan gambar 5.

Gambar 1. Perebusan buah pepaya

Gambar 2. Penyaringan buah pepaya

Gambar 3. Buah pepaya dibender

Gambar 4. Penambahan ragi dan urea serta dilakukan pengadukan hingga rata

Gambar 5. Ditutup rapat agar kedap udara dan kedap cahaya

            Pada akhir proses fermentasi, didapatkan cairan sampel yang akan didestilasi. Jumlah volume hasil fermentasi dipaparkan dalam Tabel 1.

Tabel 1. Hasil fermentasi

No	Bahan	Hasil Fermentasi
1.	Ketan hitam	250 ml
2.	Buah pepaya	180 ml

Dari Tabel 1, dapat dilihat bahwa volume air ketan hitam hasil fermentasi lebih banyak yaitu 250 ml, dari volume air buah pepaya hasil fermentasi yaitu 180 ml. Dalam penelitian ini sebanyak 1 kg  ketan hitam yang difermentasikan dengan menggunakan ragi  menghasilkan 250 ml hasil fermentasi.

Destilasi hasil fermentasi

Hasil fermentasi ketan hitam dan buah pepaya yang sudah disaring didestilasi pada suhu (78-81)°C. Pada akhir proses destilasi, destilat yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Volume destilat yang didapat setelah destilasi

No	Jenis sampel	Volume destilat
1	Ketan hitam	1 ml
2	Buah pepaya	15 ml

Dari Tabel 2 dapat dilihat bahwa volume destilat dari sampel buah pepaya yang didapat lebih banyak dari ketan hitam. Perbedaan jumlah yang didapatkan yaitu 14 ml.  Ketan hitam memiliki banyak kandungan glukosa yang dapat dikonversikan menjadi bioetanol. Namun, pada penelitian ini adanya kesalahan yang berasal dari alat destilasi yang digunakan pada sampel ketan hitam sehingga mempengaruhi hasil destilasi.

Penetuan kadar Etanol

Pada penentuan kadar alkohol dalam sampel dilakukan dengan menghitung densitas sampel. Pertama, sampel diukur menggunakan piknometer, dan didapatkan data dari penelitian pada buah pepaya sebagai berikut:

            Tabel 3. Data percobaan pada buah pepaya

Data percobaan	Hasil
Volume perasan hasil fermentasi	180 ml
Volume air pepaya yang didestilasi	175 ml
Volume destilat	15 ml
Berat piknometer kosong	21,35 gram
Berat piknometer kosong + Destilat	36.3 gram

Massa Destilat    = (Berat piknometer kosong + destilat) - Berat piknometer kosong

                           = 36.3 gram–21.35 gram

                           = 14.95 gram

Massa jenis etanol   = massa destilat / volume destilat

                           = 14.95 gram/ 15 ml

                           = 0.9966 gram/ml

            Berdasarkan data dan perhitungan didapatkan massa jenis destilat 0.9966 gr/mL, hasil ini memastikan bahwa destilat tidak menghasilkan etanol melainkan hanya air yang menetes keluar, dikarenakan massa jenis destilat sangat mendekati massa jenis air (1 gr/mL) sedangkan massa jenis etanol hanya (0,789 gr/mL). Hal ini didukung dengan fakta ketika dilakukan pengujian pembakaran api menggunakan tisu yang dicelupkan ke dalam destilat dan diuji dengan pembakaran, tidak menghasilkan api yang menyala. Sehingga kadar etanol pada cairan hasil destilasi dari sampel buah pepaya adalah 0%.

            Untuk penentuan kadar etanol pada ketan hitam tidak diketahui karena hasil destilat yang diperoleh hanya 1 ml, sehingga tidak dapat diketahui densitas larutannya. Sehingga destilat diuji secara kualitatif untuk mengetahui ada tidaknya etanol didalam cairan hasil destilasi tersebut. Uji pada destilat menggunakan alkoholmeter apabila volume dari destilat 50 ml, dan menggunakan piknometer apabila volume destilat sebesar 25 ml.

Pengujian etanol dilakukan dengan cara menggunakan selembar tisu yang kemudian dibasahi dengan cairan destilat yang didapat dari hasil destilasi, setelah itu dinyalakan dengan api di tempat yang gelap. Apabila cairan tersebut positif mengandung etanol maka akan terlihat nyala api berwarna putih pada tisu dalam tempat yang gelap. Berdasarkan hasil penelitian tidak timbul nyala putih api yang dimaksud sehingga cairan yang dihasilkan dianggap tidak mengandung etanol. Hal ini disebabkan oleh alat destilasi sederhana yang dibuat kurang memenuhi persyaratan. Proses destilasi pada ketan hitam ditunjukkan pada gambar 6.

Tabel 4. Kadar etanol pada sampel

No.	Sampel	Kadar etanol
1.	Ketan hitam	0 %
2.	Buah pepaya	0 %

Berdasarkan penelitian yang dilakukan, diketahui bahwa hasil yang diperoleh dari  bahan baku ketan hitam dan buah pepaya tidak memiliki kandungan etanol. Faktor-faktor yang menyebabkan tidak adanya kandungan etanol pada hasil destilat diantaranya adalah berat sampel, berat ragi, pH fermentasi, temperatur fermentasi, kadar gula tetap, waktu yang dibutuhkan pada saat  fermentasi, udara pada saat proses destilasi berlangsung, dan alat destilasi. Menurut susanto dkk (2012), pH yang dianjurkan pada saat proses fermentasi berlangsung adalah 4-5, sehingga sampel harus dalam keadaan asam. Tujuannya adalah untuk menghidrolisis amilum berbentuk polisakarida menjadi glukosa yang kemudian dikonversikan menjadi bioetanol, sehingga harus dilakukan perlakuan awal pada sampel, seperti penambahan katalis atau pemanfaatan enzim (I Nyoman, 2011). Namun, pada penelitian ini, tidak dilakukan perlakuan awal sehingga hasil dari penelitian yang dilakukan tidak sesuai dengan yang diharapkan.

IV.             KESIMPULAN DAN SARAN

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa :

-          Air hasil fermentasi ketan hitam sebanyak 250 ml, dengan hasil destilasi 1 ml dan kadar etanol 0%.

-          Air hasil fermentasi buah pepaya sebanyak 180 ml, dengan hasil destilasi 15 ml dan kadar etanol  0%.

-          Adanya kekurangan pada alat yang dirangkai, sehingga mempengaruhi hasil destilasi yang diperoleh.

Saran

Penulis menyarankan dalam pembuatan alat destilasi hendaknya terlebih dahulu  mengerti akan prinsip dari destilasi. Hal lain adalah mengenai perlunya perlakuan awal pada sampel dalam pembuatan etanol sehingga hasil yang diperoleh sesuai dengan apa yang diharapkan.

V.                DAFTAR PUSTAKA

1.   I Nyoman W. P., I Gusti B. W., dan I Nyoman, S. W., 2011. Pembuatan Etanol Generasi Kedua Dengan Memanfaatkan Limbah Rumput Laut Eucheuma Cottonii Sebagai Bahan Baku. Kampus Bukit Jimbaran Bali.

2.   Krishna, K.L., M. Paridhavi, J.A. Patel. 2008. Review on nutritional, medicinal and pharmacological properties of papaya (Carica papaya L.). Nat. prod. Rad. 7(4):364-373.

3.   Olivia,Risalah,R.A.,Sudaryanto.2004.“Kinetika Hidrolisa Pati Menjadi Glukosa Dari Kulit Ketela Pohon Dengan Larutan HCl“. Jurusan Teknik Kimia, Universitan Katolik Widya Mandala,Surabaya.

4.   Susanto, Feri., Yusak, Yuniarti., dan Bulan , Rumondang. 2012. Pengaruh Penambahan Ragi Roti Dan Waktu Fermentasi Terhadap Glukosa Hasil Hidrolisis Selulosa ampas Tebu (Saccharum officanarum) Dengan HCl 30% Dalam Pembuatan Bioetanol. Jurnal ilmiah. Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

5.   Yanuar, Willy. 2009. Aktivitas Antioksidan dan Imunodulator Serealia non Beras. IPB.

6.   http://id.wikipedia.org/wiki/Distilasi (Diakses pada 17 Oktober 2013).