Produksi Bioetanol dari Rumput Laut Eucheuma cottonii melalui Proses Detoksifikasi dan Desalinasi Hidrolisat

Abstract

Senyawa-senyawa toksik yang terbentuk karena proses hidrolisis asam pada E. cottonii seperti HMF mengganggu pertumbuhan S. cerevisiae pada proses fermentasi etanol. Faktor lain yang bisa menjadi penghambat adalah garam-garam terlarut pada substrat. Upaya yang dilakukan untuk mengurangi toksik adalah dengan detoksifikasi overliming dan adsorpsi arang aktif, sementara penurunan kadar garam dilakukan dengan teknik elektrodialisis. Tujuan penelitian ini adalah untuk menghilangkan senyawa-senyawa toksik dan garam-garam terlarut pada hidrolisat rumput laut sehingga proses fermentasi berjalan dengan baik dan produksi etanol meningkat. Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah rumput laut E. cottonii dan mikroorganisme yang digunakan untuk proses fermentasi adalah khamir Saccharomyces cerevisiae yang sudah diadaptasi. Media tumbuh yang digunakan sebagai stok adalah PDA (Potato Dextrose Agar). S. cerevisiae ditumbuhkan pada media PDA yang telah disterilisasi, selanjutnya diinkubasi pada suhu 30 oC selama 3 hari. Biakan murni dari media PDA diambil sebanyak 2 ose diremajakan pada media YMGP (Yeast Extract Maltose Glucose Pepton) sebanyak 10 ml dan diinkubasi pada suhu 30 oC selama 48 jam. Bahan rumput laut direndam selama 3 hari dengan dilakukan penggantian air selama proses perendaman. Rumput laut kemudian ditiriskan dan dipotong dengan mesin pemotong hingga berukuran 1-2 cm. Rumput laut kemudian dikeringkan dengan dijemur di bawah sinar matahari sampai kering selama 5-7 hari. Hidrolisis dilakukan melalui dua tahap. Tahap pertama dan kedua masing-masing selama 30 menit. Pada tahap pertama menggunakan total padatan rumput laut 15 % selama 30 menit, kemudian dilanjutkan dengan tahap kedua dengan pencampuran kembali rumput laut sebanyak 15 g. Proses detoksifikasi dilakukan melalui dua cara. Pertama, overliming dilakukan dengan menambahkan Ca(OH)2 atau NH4OH pada hidrolisat sesuai dengan perlakuan penelitian hingga pH 10. Hidrolisat ini kemudian diturunkan pH nya hingga 5,5-6,0 dengan penambahan H2SO4 10 %. Kedua, penambahan arang aktif. Arang aktif digunakan dengan konsentrasi 2,5%, 5% dan 7,5% (b/v) dengan cara ditambahkan pada hidrolisat dan dilakukan pengadukan dengan kecepatan 150 rpm selama 15, 30, dan 45 menit pada suhu 400 C dan dilanjutkan dengan penyaringan menggunakan kertas saring. Selanjutnya, sebagai kontrol adalah netralisasi hidrolisat dengan Ca(OH)2 dan NH4OH hingga pH 6,4-6,8. Larutan diaduk selama 30 menit dan dilanjutkan dengan adsorpsi arang aktif 2,5%, 5 % dan 7,5% (b/v) selama 15, 30, dan 45 menit pada suhu 40 oC. Proses desalinasi dilakukan dengan cara elektrodialisis. Sel terdiri dari tiga bilik, yaitu bilik anode, bilik umpan dan bilik katode, dimana masing-masing bilik dibatasi dengan filter untuk menyaring endapan garam yang melekat pada elektroda. Hidrolisat dimasukkan pada bilik umpan dan pada anoda-katoda dihubungkan dengan DC power supply. Proses elektrodialisis ini menggunakan tegangan 5, 9, dan 12 V dengan waktu 15, 30, dan 45 menit. Proses fermentasi pada penelitian ini dilakukan selama 6 hari pada suhu ruang. Hidrolisat yang sudah siap ditambahkan urea 0,5% dan NPK 0,06% dari kandungan gula pereduksi untuk memperkaya substrat. Mikroba fermentasi yang digunakan adalah Saccharomyces cerevisiae yang sudah diadaptasi. Hasil penelitian menunjukan bahwa kandungan gula pereduksi tertinggi diperoleh pada perlakuan netralisasi dengan Ca(OH)2 yaitu sebesar 11,34% (b/v) dan kadar gula pereduksi terendah sebesar 8,85% (b/v hidrolisat) pada perlakuan netralisasi dengan NH4OH. Salinitas tertinggi sebesar 1600/00 pada proses netralisasi dengan NH4OH, sementara pada detoksifikasi overliming tingkat salinitas lebih rendah. Kandungan HMF terendah pada perlakuan overliming dengan Ca(OH)2 yaitu 1,39 g/l. Perlakuan overliming dengan Ca(OH)2 mampu menurunkan kadar HMF hingga 16,77%, sementara perlakuan overliming dengan NH4OH sebesar 1,06%. Etanol tertinggi yang dihasilkan pada perlakuan netralisasi dengan Ca(OH)2 sebesar 2,56% (v/v) dan efisiensi fermentasi 46,07%, sementara detoksifikasi overliming menghasilkan etanol yang lebih rendah. Perlakuan hidrolisat dengan arang aktif mampu menurunkan HMF sebesar 65,18%, namun menyebabkan penurunan gula pereduksi sebesar 25,34%. Daya serap karbon aktif semakin kuat dengan semakin tingginya konsentrasi arang aktif yang ditambahkan. Penurunan HMF tertinggi sebesar 65,18% pada penambahan arang aktif 7,5% selama 45 menit. Adsorpsi arang aktif juga mampu menurunkan tingkat salinitas. Penurunan tertinggi terjadi pada perlakuan pada konsentrasi 7,50% dan waktu kontak selama 30 menit, yaitu sebesar 22%. Etanol tertinggi diperoleh melalui perlakuan adsorpsi arang aktif konsentrasi 7,5% selama 45 menit, yaitu sebesar 2,33% (v/v). Proses desalinasi dengan elektrodialisis mampu menurunkan salinitas sebesar 20% pada perlakuan tegangan 5 V dan waktu 30 menit, tegangan 9 V dan waktu 15 menit, tegangan 12 V dan waktu 30 menit. Penurunan SO42- tertinggi yaitu pada tegangan 12 V selama 45 menit. Kandungan sulfat pada perlakuan tersebut turun menjadi 2,97 g/l atau sebesar 46,22%. Perlakuan desalinasi pada tegangan 5 V selama 30 menit merupakan perlakuan terbaik karena menghasilkan etanol tertinggi, yaitu sebesar 2,06%. Semua perlakuan tegangan dan lama waktu pada proses elektrodialisis memberikan pengaruh yang signifikan terhadap kadar etanol yang dihasilkan. Proses netralisasi hidrolisat E. cottonii menggunakan Ca(OH)2 menghasilkan kandungan etanol yang lebih tinggi dan kadar HMF yang lebih rendah dibandingkan dengan menggunakan NH4OH. Perlakuan netralisasi dengan Ca(OH)2 merupakan perlakuan terbaik karena menghasilkan gula pereduksi dan kadar etanol tertinggi. Adsorpsi arang aktif mampu meningkatkan etanol pada proses fermentasi. Proses desalinasi dengan elektrodialisis mampu menurunkan kadar garam terlarut dan mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap etanol yang dihasilkan.