1

A. JUDUL

Pemanfaatan Limbah Pod Kakao sebagai Bahan Baku Alternatif Pembuatan

Bioetanol Menggunakan Metode Simultaneous Sacharification and Fermentation

(SSF)

B. LATAR BELAKANG MASALAH

Umumnya bioetanol dibuat dari tanaman-tanaman berpati seperti singkong, ubi,

sagu, jagung dan sorgum. Tetapi tanaman ini mempunyai nilai guna lain sebagai bahan

pangan. Jika tanaman tersebut digunakan sebagai bahan baku dalam memproduksi

etanol secara komersial maka akan meminbulkan persaingan antara bahan pangan dan

energi.

Kakao merupakan salah satu komoditas perkebunan yang peranannya cukup

penting bagi perekonomian nasional, khususnya sebagai penyedia lapangan kerja,

sumber pendapatan dan devisa negara. Komoditas kakao menempati peringkat ketiga

ekspor sektor perkebunan dalam menyumbang devisa negara, setelah komoditas karet

dan CPO. Pada tahun 2009 ekspor kakao mencapai US$ 116,51 miliar atau meningkat

26,47% dibanding tahun 2005 (Mahendra, 2010).

Semakin meningkatnya produksi kakao akan meningkatkan jumlah limbah buah

kakao. Komponen limbah buah kakao yang terbesar berasal dari kulit buahnya atau

biasa disebut pod kakao, yaitu sebesar 75 % dari total buah. Jika dilihat dari data

produksi buah kakao pada tahun 2009 yang mencapai 849.875 ton, maka limbah pod

kakao yang dihasilkan sebesar 637,4 ribu ton. Apabila limbah pod kakao ini tidak

ditangani secara serius maka akan menimbulkan masalah lingkungan.

Pod kakao merupakan limbah lignoselulosik yang mengandung lignin, selulosa

dan hemiselulosa. Bahan selulosa pada limbah dapat dimanfaatkan sebagai sumber

karbon untuk produksi etanol (C2H5OH) dengan teknologi sakarifikasi dan fermentasi

serentak atau Simultaneous Sacharification and Fermentation (SSF.

Berdasarkan fakta-fakta yang terdapat di atas, muncul sebuah ide dalam

melakukan penelitian tentang pemanfaatan limbah pod kakao (theobroma cacao)

menjadi bioetanol dalam upaya mengurangi limbah organik di lingkungan juga untuk

menghindari persaingan bahan baku energi dengan pangan.

C. Perumusan Masalah

2

Meningkatnya produksi kakao menjadi hal yang membanggakan bagi Negara

Indonesia akan tetapi produksi kakao yang semakin naik juga menyebabkan

meningkatnya jumlah limbah buah kakao. Bila limbah tersebut tidak ditangani dengan

tepat maka dapat menimbulkan masalah lingkungan. Disisi lain, pada proses pembuatan

bioetanol dibutuhkan bahan baku alternatif yang murah dan tidak bersaing dengan

bahan pangan. Dengan menghubungkan masalah diatas, maka penelitian ini perlu

dilakukan untuk mengetahui potensi limbah pod kakao sebagai bahan baku alternatif

pembuatan bioetanol.

D. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk :

a. Memanfaatkan limbah pod kakao sebgai bahan baku pembuatan bioetanol.

b. Mengetahui hubungan antara kadar enzim selulase yang digunakan dalam proses

hidrolisis terhadap glukosa yang dihasilkan.

c. Mengetahui pengaruh waktu, kadar yeast dalam proses fermentasi glukosa

menjadi bioetanol.

E. Luaran yang Diharapkan

Dengan penelitian ini diharapkan lahirnya artikel yang mengkaji tentang potensi

limbah pod kakao untuk digunakan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol ditinjau

dari pengaruh enzim selulase dan waktu fermentasi. Karena Selain limbah pod kakao

harganya murah juga dalam pemanfaatnya dapat mengurangi limbah dilingkungan.

F. Kegunaan Program

Kegunaan dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat :

1. Mengetahui potensi limbah pod kakao sebagai bahan baku pembuatan bioetanol.

2. Mengurangi jumlah limbah pod kakao dilingkungan dengan memanfaatkannya

sebagai bahan baku pembuatan bioetanol.

3. Menghindari persaingan antara bahan pangan dengan bahan baku pembuatan

bioetanol

4. Memberikan wawasan baru kepada masyarakat atau pembaca sebagai dasar

pengembangan bioetanol lebih lanjut.

G. TINJAUAN PUSTAKA

G.1 Kakao (Theobroma cacao)

3

Tanaman kakao bukan tanaman asli Indonesia tetapi tanaman tersebut

diperkirakan berasal dari lembah hulu sungai Amazon, Amerika Selatan yang dibawa

masuk ke Indonesia melalui Sulawesi Utara oleh Bangsa Spanyol sekitar tahun 1560.

Kakao menjadi salah satu komoditas perkebunan yang peranannya cukup penting bagi

perekonomian nasional, khususnya sebagai penyedia lapangan kerja, sumber pendapatan

dan devisa negara. Disamping itu kakao juga berperan dalam mendorong pengembangan

wilayah dan pengembangan agroindustri. Pada tahun 2002, perkebunan kakao telah

menyediakan lapangan kerja dan sumber pendapatan bagi sekitar 900 ribu kepala

keluarga petani yang sebagian besar berada di Kawasan Timur Indonesia (KTI) serta

memberikan sumbangan devisa terbesar ke tiga sub sektor perkebunan setelah karet dan

kelapa sawit dengan nilai sebesar US $ 701 juta.

Gambar 2.1. Buah Kakao Trinitario

G.2 Pod Kakao

Pod kakao merupakan bagian mesokarp atau dinding buah kakao yang mencakup

kulit terluar sampai daging buah sebelum kumpulan biji, terlihat pada Gambar 2. Pod

buah kakao merupakan bagian terbesar dari buah kakao. Komposisi bagian-bagian buah

kakao dapat dilihat pada Tabel 1.

Gambar 2. Pod Kakao

4

Tabel 1. Komposisi Buah Kakao

Komponen Presentase (DB)

Pod (kulit buah) 75.70

Biji dan pulp 21.68

Plasenta 2.62

Sumber : Ashadi, 1988

Pod kakao merupakan limbah lignoselulosik. Lignoselulosa merupakan serat

kasar yang memiliki komponen energi terbesar pada limbah. Limbah lignoselulosik

dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan etanol, sehingga menghindari

persaingan dengan bahan pangan. Lignoselulosa atau serat kasar terdiri atas tiga

penyusun utama, yaitu selulosa, hemiselulosa, dan lignin, yang saling terikat erat

membentuk satu kesatuan. Hasil penelitian Ashadi (1998) menunjukkan bahwa serat

kasar pod kakao mengandung 20.11 % lignin, 31.25 % selulosa, dan 48.64 %

hemiselulosa.

G.3. Bioetanol

Bioetanol adalah etanol yang dibuat dari biomass yang mengandung komponen

monosakarida yang didapat dari pati atau selulosa. Etanol atau etil alkohol (C2H5OH)

merupakan bahan kimia organik yang mengandung oksigen yang paling eksotik karena

kombinasi sifat-sifat uniknya yang dapat digunakan sebagai pelarut, germisida,

minuman, bahan anti beku, bahan bakar, dan khususnya karena kemampuannya sebagai

bahan kimia intermediet untuk menghasilkan bahan kimia yang lain.

G.4. Pembuatan Etanol dengan Metode SSF

Dalam mengubah selulose menjadi etanol tidak dapat secara langsung

difermentasi tetapi dengan menggunakan teknologi sakarifikasi dan fermentasi serentak

atau Simultaneous Sacharification and Fermentation (SSF). Teknologi ini dapat

mencakup 4 rangkaian proses yaitu, perlakuan awal, sakarifikasi, fermentasi dan

destilasi (Hambali, 2008).

Berikut adalah tahapan proses pembuatan etanol :

1. Perlakuan Awal

5

Sebelumnya, bahan baku yang mengandung selulosa harus dikecilkan

ukuranya terlebih dahulu lalu dikeringkan agar kadar airnya minimum

(Setelah itu digunakan jamur pelapuk putih (white rot fungi) dan pemanasan

pada suhu tinggi (steaming) yang bertujuan untuk meningkatkan konversi

etanol dari bagas agar lebih optimal. Hal ini dikarenakan pretreatment

dengan jamur pelapuk putih dan steaming dapat menghancurkan kandungan

lignin pada pod kakao yang mempersulit kerja enzim dalam mengakses

keberadaan selulosa.

2. Sakarifikasi

Selulosa merupakan polimer glukosa dengan ikatan -1,4 glukosida

dalam rantai lurus. Selulosa terdiri atas 15-14.000 unit molekul glukosa

Rantai panjang selulosa terhubung secara bersama melalui ikatan hidrogen

dan gaya van der Waals (Coughlan, 1989).

Ragi (saccharomyses cerevisiae) tidak dapat langsung memfermentasikan

selulosa. Oleh karena itu diperlukan tahap hidrolisis, yakni perubahan

selulosa menjadi glukosa dengan menggunakan enzim atau asam.

Hidrolisis dengan enzim merupakan proses pemecahan struktur selulosa

menjadi satuan-satuan monomernya yaitu glukosa dengan bantuan enzim.

Hidrolisis dengan enzim baik dibandingkan secara kimiawi (mengggunakan

asam) karea menghasilkan % hasil yang lebih tinggi ,biaya produksi yang

lebih murah , tidak menyebabkan korosi dan bersifat ramah lingkungan.

Dengan memanfaatkan enzim pengurai selulosa dari mikroorganisme,

konversi selulosa untuk menghasilkan -1,4 glukosida yang tidak

terfermentasi terjadi karena hidrolisis enzimatis.

Secara keseluruhan terdapat tiga jenis reaksi yang dikatalisis oleh enzim

selulase :

1. Memotong interaksi nonkovalen dalam bentuk ikatan hydrogen yang ada

dalam struktur Kristal selulosa oleh enzim endo-selulase

2. Hidrolisis serat selulosa menjadi sakarida yang lebih sederhana oleh

ekso-selulase

6

3. Hidrolisis disakarida dan tetrasakarida menjadi glukosa oleh enzim -

glukosidase. Ketiga reaksi tersebut dijelaskan dalam gambar 5 (Fao,2005).

Gambar 3. Mekanisme keseluruhan kerja enzim selulase

3. Fermentasi

Tahap inti dari produksi bioetanol adalah fermentasi gula sederhana, baik

yang berupa glukosa, sukrosa, maupun fruktosa dengan menggunakan

ragi/yeast terutama Saccharomyces cerevisiae.

Saccharomyces merupakan mikroorganisme bersel tungal yang sangat

dikenal masyarakat luas sebagai ragi roti (bakers yeast). Ragi roti ini selain

digunakan dalam pembuatan makanan dan minuman, juga digunakan dalam

industri etanol (Umbreit, 1959).

Dalam proses ini, gula akan dikonversi menjadi etanol dan gas karbon

dioksida .

Persamaan reaksi fermentasinya:

C6H12O6 > 2 CH3CH2OH + 2 CO2

glucose etanol carbon dioxide (Waller, 1981).

Fermentasi dapat didefenisikan sebagai perubahan gradual oleh enzim

beberapa bakteri, ragi, dan jamur. Bahan dasar untuk kebutuhan fermentasi

dapat berasal dari hasil pertanian, perkebunan, maupun limbah industri.

Bahan dasar harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut: Mudah didapat,

7

jumlahnya besar, murah harganya dan bila diperlukan ada penggantinya

(Hidayat, 2006).

4. Distilasi

Kadar etanol hasil fermentasi tidak dapat mencapai level diatas 18 - 21%,

sebab etanol dengan kadar tesebut bersifat toxic terhadap ragi yang

memproduksi etanol tersebut sehingga untuk memperoleh etanol dengan

kadar yang lebih tinggi perlu dilakukan distilasi. Distilasi adalah proses

pemanasan yang memisahkan etanol dan beberapa komponen cair lain dari

substrat fermentasi sehingga diperoleh kadar etanol yang lebih tinggi

(Archunan, 2004).

H. METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian dilakukan menggunakan metode eksperimental dan dilakukan di

laboratorium teknik kimia Universitas Diponegoro, dengan tahapan penelitian

sebagai berikut :

Pod Kakao

Perlakuan Awal

(Menghaluskan Bahan,

Pengeringan dan

Penghilangan lignin)

Sakarifikasi

(enzim selulase)

Fermentasi

(Saccharomyces

cerevisisae)

Destilasi

GlukosaBioetanol

kadar rendah

Bioetanol

kadar tinggi

Gambar 3. Skema pembuatan bioetanol fuel grade

Rangkaian penelitian diawali dengan persiapan bahan, bahan berupa pod kakao

dihaluskan untuk memperluas permukaan pod kakao sehingga memudahkan reaksi

8

hidrolisis. Setelah itu, bahan dikeringkan agar kadar airnya berkurang. Lignin

kemudian dipisahkan dengan menggunakan jamur pelapuk putih (white rot fungi).

Setelah bahan siap, dilakukan hidrolisis hingga dihasilkan glukosa. Glukosa ini

kemudian difermentasi dengan bantuan Saccharomyces cerevisiae dan

menghasilkan bioetanol. Etanol yang dihasilkan kemudian di analisis dengan

metode kromatografi gas (Gas Cromathography).

H.1. Variabel Percobaan

a. Variabel Berubah

Kadar Enzim Selulase : 4%, 6% dan 8%g

Waktu fermentasi : 48, 72 dan 96 jam

Kadar Yeast : 3%, 5%, dan 7%v

b. Variabel Tetap

1. Sakarifikasi/Hidrolisis

Serbuk pod kakao : 100 gram

Aquadest : 1 Liter

pH : 5

Suhu hidrolisis : 500C

Waktu Hidrolisis :

2. Fermentasi

S. cerevisiae : 5%v

Urea : 5.4%v

Medium Nutrient

(NH4)2PO4 : 1,0 g/l

MgSO4.7H2O : 0,05 g/l

pH fermentasi : 4.5

H.2. Bahan dan Alat yang Digunakan

a. Bahan

Pod kakao

Enzim selulase

Aquadest

Saccharomyces

cerevisaiae

Urea

Medium Nutrient

H2SO4

NaOH

Jamur pelapuk

putih

b. Alat

Gelas ukur

Erlenmeyer

Beaker glass

Kawat osse

Autoclave

Pipet tetes

Piknometer

Thermometer

Indikator pH

Labu leher tiga

Buret, statif, klem

Pendingin liebig

Magnetic stirrer

Pengaduk

Kompor listrik

9

Labu ukur Labu distilasi Kolom adsorpsi

c. Gambar Alat

Keterangan :

1. Reaktor

2. Waterbath

3. Magnetic stirrer

4. Thermometer

5. Heater

Gambar 3.2 Rangkaian alat sakarifikasi

H.5. Prosedur Percobaan

1. Persiapan Bahan Baku

Bahan berupa pod kakao dihaluskan (kurang lebih 30-60 mesh) sehingga

ukuran partikel lebih seragam, kemudian dikeringkan dengan oven selama 1 jam

pada suhu 60-700C sehingga kadar air maksimal 10% dan disimpan di tempat

yang kering. Bahan tersebut kemudian di-pretreatment dengan jamur pelapuk

putih Lentinus edodes selam 4 minggu.

2. Metode SSF

Pada tabung reaksi , dimasukkan secara berurutan 0,25 g sampel ,

selulase 10 sesuai variabel dan 2,5 ml yeast inokulum, 0,5 ml Na-citrate buffer

pada pH 5.0, dan medium nutrient 2,5 ml. Sampel, medium nutrient, dan citrate

buffer disterilisasi pada suhu 121 oC selama 20 menit dengan menggunakan

autoclave, namun enzim ditambahkan tanpa sterilisasi. Medium nutrient terdiri

dari 1,0 g l-1 (NH4)2PO4; 0,05 g l-1 MgSO4.7H2O dan 2 g l-1 yeast ekstrak.

Kultivasi diambil dan dimasukan dalam test tube sebanyak 5.0 ml kemudian

disentrifugasi menggunakan orbital shaker pada kecepatan 100 rpm selama 96

jam pada suhu 35 oC. Cairan bersih sampel diambil dengan sampling 48, 72 dan

96 jam dan diuji etanol yang dihasilkan.

3. Analisa Produk

Penentuan Konsentrasi Etanol

1

2

3

4

5

10

Konsentrasi etanol ditentukan dengan metode kromatografi gas (Gas Cromathography)

jenis SUPEL COWAX-10 (Supelco Inc., 0,53 mm i.d., 15 m, 0,5 mm, FID) pada

temperatur 50oC. Sebelum pengujian, sampel diambil 50 l dan ditambah 200 l

distilled water (5 kali pengenceran).

I. JADWAL PELAKSANAAN

Penelitian ini dilakukan selama lima bulan dengan rincian kegiatan sebagai berikut:

Tabel 3. Jadwal Kegiatan Program

J. RANCANGAN BIAYA :

Peralatan Penunjang PKMP (Ni lum sy Revisi,,klo bsa dibuat silahkan.. tp

kykny km lum bsa deh..:)haha

- Pipa peralon, sambungan, dan lem Rp 90.000,00

- Barometer Rp 145.000,00

- 2 @Kran Rp 40.000,00

- Corong 2 @ Rp 20.000,00

- Sewa alat laboratorium 2 bulan Rp 700.000,00

- Penyaring wheatman 1 pack Rp. 50.000,00

- Pompa centrifugal Rp. 2.500.000,00

Rp 3.425.000,00

Pembelian Bahan habis Pakai

- Kelapa tua 160@Rp. 5000,00 Rp. 35.000,00

- Aquadest (200 liter)@ Rp. 1.500,00 Rp. 300.000,00

Rp. 335.000,00

Kegiatan Bulan

1 2 3 4 5

Studi Literatur

Persiapan Bahan

Rancangan Alat

Eksperimen

Analisis dan Interpretasi Data

Penyusunan laporan

11

Transportasi dalam kota dan luar kota Rp 300.000,00

Lain-Lain

- Fotocopy Literatur dan Jurnal Rp 100.000,00

- Fotocopy laporan @ 5 eksemplar Rp 100.000,00

- Flash Disk 1 buah @ Rp 100.000,00 Rp 200.000,00

- Kabel dan stop kontak Rp 75.000,00

- Kertas label, tisu roll, busa cuci, dll Rp 85.000,00

- Catridge printer Rp 300.000,00

- Akses internet Rp 280.000,00

- Uji sampel Percobaan (Wahana Lab.) Rp 1.200.000,00

- Kertas 1 rim A4 Rp 40.000,00

- Tinta

Uji sampel Percobaan (Wahana Lab.) Rp 1.200.000,00

TOTAL PENGELUARAN Rp. 7.000.000,00

K. DAFTAR PUSTAKA (Tolong Dapusny disesuaikan ,, yg g ad dihapus aj)

Archunan, G., Microbiology, 1st, Sarup & Sons, New Delhi, 2004, pp. 357-358.

Ashadi, R.W., Pembutaan Gula Cair dari Pod Coklat dengan Menggunakan

Asam Sulfat, Enzim, serta Kombinasi Keduanya. Skripsi. Fakultas

Teknologi Pertanian, IPB. Bogor, 1988.

Buckle, K. A., Ilmu Pangan, Universitas Indonesia Press. Jakarta, 1987.

Coughlan, M. P., Enzyme System for Lignocellulose Degradation, Elsevier Applied

Science, London and New York, 1989.

Desrosier, Teknologi Pengawetan Pangan. Penerjemah M. Muljahardjo. UI-Press,

Jakarta, 1988.

European Bioinformatics Institute, Eukaryotes Genomes-Saccharomyces cerevisiae,

1996, [diakses 22 Juni 2011]. Diambil dari: URL: Hyperlink

http://www.ebi.ac.uk/2can/genomes/eukaryotes/Saccharomyces_cerevisiae.html

Fan, L.T., Y.H. Lee, dan M.M.Gharpuray, The Nature of Lignocellulosics

and Their Pretreatment for Enzymatic Hydrolysis. Adv. Bichem. Eng. 23, 1982,

pp.158 187.

12

Fardias, Srikandi, Fisiologi Fermentasi, Lembaga Sumber Daya Informasi-IPB, Bogor,

1988.

Fieser, L.F. dan Fieser, M., Reagents for Organic Synthesis, 1st, John Wiley & Sons,

New York, 1967, pp. 703-705.

Food and Agriculture Organization of the United Nations, Mechanism of the enzyme

cellulase, 2005 [diakses 22 Juni 2011]. Diambil dari: URL: Hyperlink

http://www.fao.org/docrep/w7241e/w7241e08.htm

Frisch, K.C., Phenolic Resin and Plastics dalam Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical

Technology, Vol. 15 Edisi 2rd

, Mei Ya Publication Inc, 1967.

Halimatuddahliana, Pembuatan n-Butanol Dari Berbagai Proses, USU Digital Library,

2004.

Hambali, E., dkk., Teknologi Bioenergi .Cetakan ketiga, PT.Agromedia Pustaka,

Jakarta, 2008, Hal. 3-5, 38-50 .

Hidayat, N., Masdiana C.P. dan Sri S., Mikrobiologi Industri, CV. Andi Offset.

Yogyakarta, 1996, Hal. 2-14,18-24,111-120,179-192.

Kavanagh, Kevin, Fungi Biology and Applications, John Willey & Sons Ltd, England,

2005.

Kirk, R. E., and R. F. Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, vol. 9, John

Wiley and Sons Ltd, Canada, 1951.

Mathewson, S.W., Drying the Alcohol. Chapter 12. In: The Manual for the Home and

Farm Production of Alcohol Fuel, Ten Speed Press, California, 1980.

Monick, J.A., Alcohols, Reinhold Book Corporation, New York, 1968, pp. 40, 52.

Oshima, M., Wood Chemistry Process Engineering Aspec, Noyes Develop.

Corp., New York, 1965.

Perez, J. et al., Biodegradation and Biolgical Treatments of Cellulose,

Hemicellulose, and Lignin: An Overview, Int Microbiol, Vol. 5, 2005, pp. 53-63.

Prescott, Samuel Cate and Cecil Gordon Dunn, Industrial Microbiology, McGraw-Hill

Book Company, Inc., New York, 1959.

Prihandana, Bioetanol Ubi kayu Bahan Bakar Masa Depan, Agromedia, Jakarta, 2008.

Suharto, Bioteknologi Dalam Dunia Industri. Edisi I, Penerbit Andi Offset, Yogyakarta,

1995, Hal. 18, 23, 25-27, 40-41, 122-125.

13

Sun, Y. and Cheng, J., Hydrolysis of Lignocellulosic Materials for Ethanol

Production: A Review, Bioresource Technology, Vol. 83, 2002, pp. 1-11.

Suryani, Dinie dan Zulfebriansyah, Komoditas Kakao : Potret dan Peluang

Pembiayaan, Economic Review, 2007, No. 210.

Roesmanto, J., Kakao: Kajian Sosial Ekonomi, Aditya Media. Yogyakarta , 1991 pp.

165.

Taherzadeh, Muhammad J. and Karimi, Keikhosro, Pretreatment of

Lignocellulosic Waste to Improve Bioethanol and Biogas Production. Int.

J. Mol. Sci 9, 2008, pp. 1621-1651.

Umbreit, Wayne W., Advances In Applied Microbiology, Vol. 1, Rutgers University,

New Jersey, 1959.

Volk, Wesley A., Mikrobiologi Dasar, edisi ke-5, Erlangga, Jakarta, 1993.

Waller, J.C., dkk., Feeding Value of Ethanol Production By-products, National

Academy Press, Washington D.C, 1981, pp. 11-12.

Wardoyo, S., Beberapa Persyaratan Dasar Untuk Meningkatkan Mutu Biji Kakao

Indonesia. Proc. Komp. Nas. Kakao III. Buku 2. Pusat Penelitian Perkebunan

Jember-Pusat Penelitian Perkebunan Medan, ASKINDO, Medan, 1991, hal. 75-

76.

(U/ Data Lainya Lampiran Nnnti sy Masukan, Oh Iya Biodatamu skalian Lampirkan

dibwah y) Batas Max 15 hal di usahakan di edit sampai 13 hal spy CV bsa

masuk Semangat Go To PIMNAS XXV