Pod (kulit buah) Biji dan pulp

Plasenta

II. TINJAUAN PUSTAKA

KAKAO (Theobroma cacao)

Tanam

A. an kakao (Theobroma cacao) merupakan tanaman tropis yang

berasal

yak ditanam di daerah Sulawesi Selatan, Lampung,

Sumate

dari hutan tropis Amerika Selatan. Oleh bangsa Maya buah tanaman

tersebut disebut ka-ka-wa dan dalam bahsa Nahuat disebut xocoat. Kemudian

oleh Linnaeus, tanaman tersebut diberi nama Theobroma yang berarti

makanan dewa-dewa (food of gods). Kakao (Theobroma cacao) merupakan

tanaman perkebunan yang diharapkan buahnya. Pada umumnya bagian buah

kakao yang dimanfaatkan adalah biji kakao. Bagian-bagian lain dari buah

kakao seperti pod dan plasenta merupakan limbah yang belum banyak

dimanfaatkan (Anonim, 2009).

Gambar 1. Bagian-bagian buah kakao (Anonim, 2009)

Kakao ban

ra Utara, Nusa Tenggara Timur, dan Papua. Komoditi ini merupakan

salah satu sumber devisa negara, sehingga keberadaan perkebunan dan

produktivitasnya terus ditingkatkan. Sejak tahun 1980 Pemerintah

memberikan prioritas terhadap produksi kakao sebagai salah satu mata

dagangan yang dikembangkan secara cepat. Produksinya sebagian besar

diekspor, khususnya ke negara-negara Belanda, Jerman Barat, Amerika

Serikat, dan Singapura. Saat ini produksi kakao Indonesia menempati urutan

terbesar kedua setelah Pantai Gading dan sudah bisa melampaui Ghana. Luas

areal perkebunan dan jumlah produksi kakao disajikan pada Tabel 1 (Suryani

dan Zulfebriansyah, 2007).

Tabel 1. Luas areal perkebunan kakao dan jumlah produksi

Tahun Jumlah Luas Areal (Ha)

Jumlah Produksi

2004 1.090.960 691.704

2005 1.167.046 748.828

2006 1.320.820 769.386

2007 1.379.279 740.006

2008 1.425.216 803.594

2009*) 1.475.343 758.411

2010**) 1.508.5077 776.618

Sumber : DireKeterangan : *

ktorat Jenderal Perkebunan (2009) ) Sementara

erupakan bagian

Tabel 2. Kom

Komponen Presentase (bk)

**) Estimasi

Pod kakao atau kulit buah kakao merupakan bagian mesokarp atau

bagian dinding buah yang mencakup kulit terluar sampai dinding buah

sebelum kumpulan biji (Siagian, 1989). Pod buah kakao m

terbesar dari buah kakao. Komposisi bagian-bagian buah kakao dapat dilihat

pada Tabel 2.

posisi buah kakao

Pod (kulit buah) 73,6

Biji dan pulp 24,4

Plasenta 2,0

Sumber : Siswoputranto (1983)

Pod kakao merupakan limbah lignoselulosik. Lignoselulosa

merupakan komponen berenergi terbesar yang dimiliki oleh limbah. Limbah

lignoselulosik dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan etanol,

sehingga menghindari persaingan dengan bahan pangan. Lignoselulosa terdiri

atas tiga penyusun utama, yaitu selulosa, hemiselulosa, dan lignin, yang saling

terikat erat membentuk satu kesatuan. Komposisi kimia pod kakao disajikan

ada Tabel 3.

abel 3. Komposisi kimia pod kakao

No Komponen Persentase (bk)

p

T

1 Kadar air 12.96

2 Kadar abu 11.10

3 Kadar lemak 1.11

4 Kadar protein 8.75

5 Kadar karbohidrat 16.27

6 Kadar lignin 20.11

7 Kadar selulosa 31.25

8 Kadar hemiselulosa 48.64

Sumber : Ashadi (1988)

LIGNOSELULOSA

Lignoselulosa merupakan komponen berenergi terbesar yang dimiliki

oleh biomassa dan dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan etanol

sehingga menghindari persaingan dengan bahan pangan. Lignoselulosa

memiliki tiga penyusun utama, yaitu selulosa, hemiselulosa, dan lignin yang

saling terikat erat membentuk satu kesatuan (Sun dan Cheng, 2002).

B.

1. Selulosa

elimpah pada

hamp struktu umbuhan biasanya selulosa

berasosiasi dengan polisakarida lain seperti hemiselulosa dan lignin

memb kerangka utam sel tumbuhan (Holtzapple, 1993).

Selulo rupakan polisakarida yang terdiri atas satu glukosa

yang terikat dengan ikatan sidik. Isolasi selul butuhkan

perlakuan kimia yang intensif. Residu glukosa tersusun dengan posisi

ikata dan selanjutnya pengulangan

Selulosa merupakan jenis polisakarida yang paling m

ir setiap r tumbuhan. Pada t

entuk a dinding

sa me an-satuan

β-1.4-gliko osa mem

n 180oβ antara satu dengan yang lain

unnit dari ranttai selulosaa membentuuk unit sellobiosa (O’Sullivan, 11997).

Strruktur seluloosa dapat diilihat pada GGambar 2.

–

Gambar 2. Sttruktur kimiia selulosa ((Girindra, 1990)

O

me

Gugus

OH ini dapa

embentu

s fungsional

at

l dari rantaii selulosa addalah guguss hidroxil.

sel

sel

uju

dis

19

sat

Pa

po

sel

27

me

me

sem

et

me

Hi

bag

k i

lulosa deng

lulosa menj

ungnya. Uju

stabilkan ol

93).

Molek

tu dengan

anjang mole

limer yang

lulosa terga

000 unit g

enggunakan

enghasilkan

mpurna aka

al., 1982)

enjadi etano

Mikro

drolisis selu

gian berkri

berinterak

katan hidro

gan air. G

jadi hidrofil

ung –C1 m

eh ikatan hi

kul selulosa

lainnya m

ekul selulos

g disebut d

antung pada

glukan. Selu

n asam ata

n monomer

an menghasi

. Selanjutn

ol.

ofibril terdi

ulosa akan

istal. Pada

ksi satu sam

ogen. Ikatan

Gugus –OH

lik. Rantai

memiliki sif

idrogen yan

a merupakan

membentuk

sa ditentuka

dengan dera

jenis tanam

ulosa dapat

au enzim.

selulosa ya

ilkan disaka

nya glukosa

iri dari ba

lebih muda

kenyataann

ma lain deng

n –H juga

H selulosa

selulosa m

fat pereduk

ng kuat dise

n mikrofibr

rantai polim

an oleh jum

ajat polimer

man dan um

t dihidrolisi

Hidrolisis

aitu glukosa

arida dari se

a yang dih

agian berk

ah terjadi p

nya selulos

gan gugus –

G

–

Gugus

O, –N, d

terjadi ant

a

tara gugus

an –S,

–OH

menyebabbkan permuukaan

memiliki guggus –H di kkedua

ksi. Struktur

epanjang ran

ril dari gluk

mer yang

mlah unit g

r rantai sel

ntai (Holtza

kosa yang te

sangat pan

glukan di d

lulosa

apple,

erikat

njang.

dalam

risasi. Deraajat polimeerisasi

mumnya dalaam kisaran 22000-

is menjadi

se

glukosa dee

mpurna

a, sedangkan

elulosa yait

hasilkan dap

kristal dan

pada bagian

sa terdiri d

a selulosa

n hidrolisis

tu sel

ngan

akan

tidak

obiosa

pat

a (Fan

diferme

bag

entasi

ian a

n amo

amorf.

rf dar

dari 1

ripada

5% bbagian

amo merupakan bagian berkristal ( t al., 1978).

isis selulosa lebih sulit untuk dilakukan. Susunan bagian

berkristal lebih teratur dan rapat. Bagian ini sukar bereaksi dengan

pereaksi tertentu. Pada bagian tersebut pengikatan antar molekul selulosa

2. Hemiselulosa

miselulosa merupakan suatu polisakarida lain yang terdapat

dalam tanam

asam. Hemiselulosa merupakan polisakarida yang mempunyai berat

menghasilkan D-glukosa,

sedangkan hasil hidrolisis hemiselulosa akan menghasilkan D-xilosa dan

monosakarida lainnya (Winarno, 1984). Menurut Janes (1969), monomer

gula penyusun hemiselulosa terdiri dari monomer gula berkarbon lima

(pentosa) dan enam (heksosa), misalnya xilosa, arabinosa, manosa,

glukosa, galaktosa, dan sejumlah kecil ramnosa, asam glukoroat, asam

metal glukoronat, dan asam galaturonat. Kandungan hemiselulosa di

dalam biom 7% (berat

kering biomassa). Hemiselulosa lebih mudah dihidrolisis daripada

selulos

rf dan 85% lainnya Tsao e

Akibatnya hidrol

terutama terjadi karena ikatan hidrogen. Ikatan kimia hidrogen antara

molekul selulosa yang berdekatan berfungsi untuk memperkuat struktur

mikrofibril. Sebagai akibatnya bagian berkristal ini tidak larut dalam air

dan bersifat sangat stabil (Whistler et al., 1985).

He

an dan tergolong senyawa organik. Casey (1952) menyatakan

bahwa hemiselulosa bersifat non-kristalin, tidak bersifat serat, dan mudah

mengembang karena itu hemiselulosa sangat berpengaruh terhadap bentuk

jalinan antar serat pada saat pembentukan lembaran. Hemiselulosa lebih

mudah larut dalam pelarut alkali dan lebih mudah dihidrolisis dengan

molekul lebih kecil daripada selulosa.

Perbedaan hemiselulosa dengan selulosa yaitu hemiselulosa mudah

larut dalam alkali tapi sukar larut dalam asam, sedang selulosa adalah

sebaliknya. Hemiselulosa juga bukan merupakan serat-serat panjang

seperti selulosa. Hasil hidrolisis selulosa akan

assa lignoselulosa berkisar antara 11% hinga 3

a, tetapi gula pentosa lebih sulit difermentasi menjadi etanol

H HH

R 

daripada gula heksosa (Perez et al., 2002). Rumus bangun hemiselulosa

dapat dilihat pada Gambar 3.

R 

traksi. Rata-rata derajat polimerisasi dari hemiselulosa

bervari

3.

bobot molekul kira-kira

11.000 yang dibentuk oleh tiga dimensi polimerisasi. Lignin merupakan

ek yang tersusun dari unit fenil propana yang terikat di

dalam s

Gambar 3 . Struktur polimer hemiselulosa. (Frassoldati et al., 2005)

Hemiselulosa umumnya dikelompokkan berdasarkan residu gula

utama yang menyususun rangkanya, seperti xilan, mannan, galaktan, dan

glukan, dengan xilan dan mannan adalah gugus utama dari hemiselulosa.

Hemiselulosa umumnya dilaporkan berasosiasi secara kimia atau terikat

silang dengan polisakarida, protein, atau lignin. Xilan kemungkinan

sebagai wilayah ikatan utama antara lignin dan karbohirat lain.

Hemiselulosa lebih mudah larut daripada selulosa dan dapat diisolasi dari

kayu dengan eks

asi antara 70 dan 200 tergantung pada jenis kayu (Achmadi, 1989).

Lignin

Lignin merupakan salah satu dari tiga komponen dasar biomassa.

Lignin merupakan bahan organik bukan karbohidrat yang berbentuk amorf

dan tersusun atas satuan-satuan fenol (Chang et al., 1981). Jaringan

polimer fenolik pada lignin berfungsi merekatkan serat selulosa dan

hemiselulosa sehingga menjadi sangat kuat (Sun dan Cheng, 2002).

Lignin adalah komplek polimer hidrokarbon dengan komponen

senyawa alifatik dan aromatik. Brown (1979) mengatakan bahwa lignin

merupakan polimer aromatik kompleks dengan

molekul kompl

truktur tiga dimensi.

Gambar 4. Struktur kimia lignin (Brunov, 1998)

Lignin adalah material yang paling kuat di dalam biomassa. Lignin

sangat resisten terhadap degradasi, baik secara biologi, enzimatis, maupun

kimia. Karena kandungan karbon yang relatif tinggi dibandingkan dengan

selulosa dan hemiselulosa, lignin memiliki kandungan energi yang tinggi

(Palonen, 2004). Lignin ditemukan secara alami sebagai bagian integral

dari dinding sel tanaman, terbenam di dalam polimer matrik dari selulosa

dan hemiselulosa. Komposisi lignin di alam sangat bervariasi tergantung

pada spesies tanaman.

emiliki struktur yang bermacam-macam. Lignin seperti

terdiri dari daerah amorf dan bentuk-bentuk terstruktur seperti partikel

tab i-

dimensional lignin sangat dipengaruhi oleh matrik polisakarida. Simulasi

dinamik m

Lignin m

ung dan globul. Ada indikasi pula bahwa struktur kimia dan tr

enunjukkan bahwa gugus hidroksil dan metoksil di dalam

prekusor lignin dan oligomer mungkin berinteraksi dengan mikrofibril

selulosa sejalan dengan fakta bahwa lignin memiliki karakteristik

hidrofobik (Faix et al., 1985).

Lignin mempunyai sifat fisik dan kimia yang berbeda dengan

selulosa. Menurut Pasaribu (1987), lignin mudah dioksidasi oleh larutan

alkali dan bahan-bahan oksidator, tahan terhadap hidrolisis oleh asam-

asam mineral, mudah larut dalam larutan sulfit pada keadaan basa dan

lignin yang telah dihalogenasi dengan klor akan mudah larut dalam alkali.

Struktur kimia lignin mengalami perubahan di bawah kondisi suhu yang

an asam. Pada reaksi dengan temperatur tinggi mengakibatkan

lignin t

tinggi

lignin

C. ET

massa lignoselulosa dapat dikelompokkan

menjadi dua kelompok besar, yaitu platform biokimia (biochemical platform)

atau gula (sugar platform) dan platform termokimia (thermochemical

platform). Platform biokimia meliputi proses hidrolisis selulosa dan

hemiselulosa menjadi monomer gula penyususnnya, fermentasi gula menjadi

ethanol, destilasi dan dehidrasi untuk menghasilkan ethanol fuel grade.

Platform termokimia secara umum meliputi dua tahapan utama, yaitu

gasifikasi dan dilanjutkan dengan konversi gas yang dihasilkan menjadi etanol

(Hamelinck et al., 2005). Secara sederhana proses koversi biomassa

lignoselulosa dapat digambarkan seperti pada Gambar 5.

tinggi d

erpecah menjadi partikel yang lebih kecil dan terlepas dari selulosa

(Taherzadeh, 2008).

Polimer lignin dapat dikonversi ke monomernya tanpa mengalami

perubahan dalam bentuk dasarnya. Lignin pada umumnya tahan terhadap

hidrolisis karena adanya ikatan eter dan ikatan karbon. Pada suhu

akan mengalami perubahan struktur dengan membentuk asam

format, metanol, asam asetat, aseton, vanilin dan sebagainya, sedangkan

bagian yang lainnya mengalami kondensasi (Brown, 1979).

ANOL

Produksi etanol dari bio

Gambar 5. Proses produksi etanol dari biomassa lignoselulosa (Hamelinck et al., 2005)

Secara umum proses pembuatan bioetanol melalui tiga tahapan yaitu

tahap persiapan bahan baku, tahap fermentasi dan tahap pemurnian. Pada

tahap persiapan ersi terlebih

dahulu menjadi larutan gula sebelum

yang sudah dalam

Sherrington, 1992). Ferm

sub

kegiatan katalis biokim

jenis m

has

adalah fermentasi gula, baik yang berupa glukosa, sukrosa, maupun fruktosa

oleh ragi (yeast

Pad

bioetano

etanol dengan m

suh

stoikiom

Biomassa

Pretreatment

Hidrolisis

Fermentasi

Purifikasi

Pembangkit Tenaga

Limbah Padat Uap Panas

Etanol Limbah Cair

Energi Listrik

bahan baku yang berupa padatan harus dikonv

difermentasi menjadi etanol. Bahan baku

bentuk larutan bisa langsung difermentasi (Gaman dan

entasi adalah suatu proses perubahan kimia pada

strat organik, baik karbohidrat, protein, lemak atau lainnya melalui

ia yang dikenal sebagai enzim yang dihasilkan oleh

ikroba spesifik (Prescott dan Dunn, 1959). Bioetanol diperoleh dari

il fermentasi bahan yang mengandung gula. Tahap inti produksi bioetanol

) terutama Saccharomyces sp. atau bakteri Zymomonas mobilis.

a proses ini gula akan dikonversi menjadi etanol dan gas karbondioksida.

Tahap fermentasi merupakan tahap kedua dalam proses produksi

l. Pada tahap ini terjadi pemecahan gula-gula sederhana menjadi

elibatkan enzim dan ragi. Fermentasi dilakukan pada kisaran

u 27-32°C. Pada tahap ini akan dihasilkan gas CO2 dengan perbandingan

etri yang sama dengan etanol yang dihasilkan yaitu 1 : 1. Setelah

melalui pro

dal

cer

kar

(M

men

ferm

diti ahan glukosa menjadi etanol dan aldehid yang perlu

dibersihkan

per

etan

(wa

seh

iasanya hanya

mencapai 8 sampai 10% saja, sehingga untuk memperoleh etanol yang

nol 95% diperlukan proses lainnya, yaitu proses distilasi. Proses

distilas

D.

menghasilkan gula

sederhana. Hidrolisis meliputi proses pemecahan polisakarida di dalam

biomassa lignoselulosa, yaitu selulosa dan hemiselulosa menjadi monomer

gula penyusunnya. Hidrolisis sempurna selulosa menghasilkan glukosa,

sedangkan hemiselulosa menghasilkan beberapa monomer gula pentosa (C5)

ses pemurnian, gas CO2 dapat digunakan sebagai bahan baku gas

am pembuatan minuman berkarbonat (Prescott dan Dunn, 1959).

Produksi etanol dari substrat gula oleh khamir Saccharomyces

evisiae merupakan proses fermentasi dengan kinetika sangat sederhana

ena hanya melibatkan satu fase pertumbuhan dan produksi

angunwidjaja, 1994). Pada fase tersebut glukosa diubah secara simultan

jadi biomasa, etanol dan CO2. Etanol yang dihasilkan dari proses

entasi biasanya masih mengandung gas-gas antara lain CO2 yang

mbulkan dari pengub

. Gas CO2 pada hasil fermentasi tersebut biasanya mencapai 35

sen volume, sehingga untuk memperoleh etanol yang berkualitas baik,

ol tersebut harus dibersihkan dari gas tersebut. Proses pembersihan

shing) CO2 dilakukan dengan menyaring etanol yang terikat oleh CO2,

ingga dapat diperoleh etanol yang bersih dari gas CO2. Kadar etanol yang dihasilkan dari proses fermentasi, b

berkadar eta

i dilaksanakan melalui dua tingkat, yaitu tingkat pertama dengan beer

column dan tingkat kedua dengan rectifying column. Destilasi sederhana tidak

dapat dilakukan karena etanol-air erupakan campuran azeotrop yang susah

disahkan karena mempunyai sifat yang menyerupai. Sehingga diperlukan

teknik khusus, salah satu alternatifnya yaitu dengan menggunakan teknologi

membran (Hamelinck et al., 2005).

HIDROLISIS ASAM

Hidrolisis adalah salah satu tahapan dalam pembuatan etanol berbahan

baku limbah lignoselulosa. Hidrolisis bertujuan untuk

dan heksosa (C6). Secara umum teknik hidrolisis dibagi menjadi dua, yaitu

hidrolisis berbasis asam dan hidrolisis dengan enzim.

Asam merupakan katalis yang tidak spesifik dan dapat menghidrolisis

selulosa seperti halnya pati. Ikatan glikosidik pada selulosa bersifat rentan

terhadap hidrolisis yang dikatalis oleh asam. Rendemen glukosa yang tinggi

dapat dihasilkan dari hidrolisis asam jika dicapai kondisi yang optimum. Pada

metode hidrolisis asam, biomassa lignoselulosa dipaparkan dengan asam pada

suhu dan tekanan tertentu selama waktu tertentu. Hidrolisis menghasilkan

monomer gula dari polimer selulosa dan hemiselulosa (Sun dan Cheng, 2002).

Beberapa asam yang umum digunakan untuk hidrolisis asam antara

lain adalah asam sulfat (H2SO4), asam perklorat, dan HCl. Asam sulfat

Menurut Rohajatien (1989), hidrolis dengan menggunakan asam sulfat

mampu

hidrolis

diperoleh kembali (recovery). Akan tetapi asam kuat bersifat korosif sehingga

merupakan asam yang paling banyak dimanfaatkan untuk hidrolisis asam.

is

menghasilkan rendemen yang lebih besar dibandingkan dengan

menggunakan asam jenis lain (HCl). Hidrolisis asam dapat dikelompokkan

menjadi hidrolisis asam pekat dan hidrolisis asam encer (Taherzadeh dan

Karimi, 2007). Menurut Grethlein (1978), hidrolisis asam dapat dilakukan

dengan menggunakan asam pekat H2SO4 72% atau HCL 42% pada suhu

ruang. Selain itu juga dapat dilakukan dengan larutan asam 1% pada suhu 100-

120°C selama 3 jam atau lebih.

Hidrolisis asam pekat merupakan teknik yang sudah dikembangkan

cukup lama. Braconnot di tahun 1819 pertama kali menemukan bahwa

selulosa dapat dikonversi menjadi gula (Taherzadeh dan Karimi, 2007).

Hidrolisis asam pekat menghasilkan gula yang tinggi (90% dari hasil teoritik)

dibandingkan dengan hidrolisis asam encer, dan dengan demikian akan

menghasilkan etanol yang lebih tinggi (Hamelinck et al., 2005). Kecepatan

is oleh asam pada konsentrasi tinggi tidak tergantung pada struktur

kristal selulosa, sehingga lebih dari 90% glukosa dapat dihasilkan. Kosaric et

al. (1983) menambahkan bahwa hidrolisis selulosa dengan konsentrasi tinggi

jarang diterapkan secara komersial karena harga asam kuat cukup mahal.

Hidrolisis asam konsentrasi tinggi akan lebih ekonomis jika asam dapat

memerlukan biaya tambahan untuk perawatan alat-alat produksi (Kosaric et

al., 1983). Hidrolisis menggunakan asam pekat akan mempercepat proses

hidrolis

t adalah (1) tahap

yang m

empengaruhi proses degradasi selulosa

menjadi glukosa dan juga memepengaruhi degradasi glukosa sebagai produk.

elebihi waktu optimum akan mendegradasi glukosa

menjad

akan terbentuk produk samping berupa hidroksimetil furfural (HMF) akibat

is tetapi akan menurunan hasil hidrolisis karena glukosa mudah sekali

diuraikan (Hamelinck et al., 2005).

Hidrolisis asam encer juga dikenal dengan hidrolisis asam dua tahap

(two stage acid hydrolysis) dan merupakan metode hidrolisis yang banyak

dikembangkan dan diteliti saat ini. Hidrolisis asam encer pertama kali

dipatenkan oleh H.K. Moore pada tahun 1919. Pada penggunaan asam encer

proses hidrolisis akan berlangsung lambat karena adanya daya tahan dari

kristal selulosa, tetapi dapat mengurangi penguraian glukosa oleh asam

(Hamelinck et al., 2005).

Menurut Tsao et al. (1978), hidrolisis asam biasanya dilakukan dalam

dua tahap untuk meminimumkan hasil samping yang tidak diinginkan.

Purwadi (2006) menyebutkan bahwa kedua tahap tersebu

elibatkan asam encer, yaitu asam sulfat 1% pada 80-120°C selama 30-

240 menit dan (2) tahap yang menggunakan asam lebih keras, yaitu 5 sampai

20% asam sulfat dan suhu yang lebih tinggi mendekati 180°C. Hasil hidrolisis

yang ideal dapat diperoleh jika gula yang dihasilkan segera dipisahkan dari

medium hidrolisisnya. Komponen terlarut yang utama pada hasil hidrolisis

akhir adalah glukosa, xilosa, selobiosa, furfuraldehid, hidroksimetil furfural,

dan asam-asam organik seperti asam format, asam levulinat, dan asam asetat

(Grethlein, 1975).

Lama waktu hidrolisis m

Waktu hidrolisis yang m

i komponen-komponen yang lebih sederhana yang biasanya bersifat

racun terhadap mikroorganisme (Tewari, 1988).

Penggunan konsentrasi asam yang semakin tinggi mengakibatkan gula

pereduksi yang dihasilkan semakin berkurang. Hal ini disebabkan terjadinya

penguraian monosakarida yang dihasilkan menjadi senyawa lain yang tidak

diinginkan. Pada hidrolisis selulosa dengan asam untuk menghasilkan gula,

penguraian glukosa pada suasana asam. HMF ini akan terus bereaksi

membentuk asam-asam organik seperti levulinat dan asam format pada

suasana

dekstro

enyatakan komponen gula di dalam gula cair

yang m

asam dan suhu tinggi. Menurut Taherzadeh dan Karimi (2007),

beberapa senyawa inhibitor yang dapat terbentuk selama proses hidrolisis

asam adalah furfural, 5-hidroksimetilfurfural, asam levulinik, asam asetat,

asam format, asam uronat, asam 4-hidroksibenzoik, asam vanilik, vanillin,

fenol, cinnamaldehid, formaldehida, dan beberapa senyawa lain.

Rohajatien (1989) melakukan penelitian tentang pengaruh konsentrasi

asam dan waktu hidrolisis terhadap kandungan gula pereduksi, ekuivalen

sa dan total padatan kering gula sederhana yang dihasilkan dari

hidrolisis pod kakao. Nilai konsentrasi asam sulfat dan asam klorida yang

digunakan adalah 5, 10, dan 15%. Hidrolisis dilakukan selama 10, 20, 30, 40,

dan 50 menit pada suhu 121°C. Hasil penelitian menunjukan bahwa rata-rata

kadar gula pereduksi tertinggi dicapai pada hidrolisis dengan larutan HCl 15%

selama 30 menit (1,83% (b/v)) dan hidrolisis dengan H2SO4 15% selama 10

menit (1,95% (b/v)).

Hidrolisis asam sepenuhnya terjadi secara acak dan sebagian gula yang

dihasilkan merupakan gula perduksi sehingga pengukuran gula pereduksi

tersebut dapat dijadikan alat pengontrol kualitas hasil (Tjokroadikoesoemo,

1986). Kadar gula pereduksi m

emiliki struktur aldehid atau hidroksil keton bebas seperti maltosa,

laktosa, glukosa, dan lain-lain. Pengukuran gula pereduksi hidrolisat

dilakukan dengan menggunakan metode DNS. Menurut Apriyantono et al.

(1989), metode DNS tidak spesifik dan akan mengukur seluruh senyawa

pereduksi. Jika glukosa digunakan sebagai standar, maka untuk menentukan

selobiosa nilai yang diperoleh 15% lebih rendah dari yang sebenarnya,

sedangkan untuk silosa 15% lebih tinggi. Konsentrasi gula fermentasi

diperoleh dengan menjumlahkan kandungan glukosa, selobiosa dan silosa

yang terdapat pada hidrolisat.

E.

m yang dihasilkan oleh mikroba spesifik

(Presco

dibagi menjadi dua tipe yaitu fermentasi aerob dan

anaerob

an bahwa suhu optimum untuk fermentasi antara 25-30 oC

dan ka

ai substrat gula, tergantung

spesies

FERMENTASI

Fermentasi adalah suatu proses perubahan kimia pada substrat organik,

baik karbohidrat, protein, lemak, atau sejenisnya melalui kegiatan katalis

biokimia yang dikenal sebagai enzi

tt dan Dunn, 1981). Secara biokimia, fermentasi juga dapat diartikan

sebagai pembentukan energi melalui senyawa organik. Secara sederhana

proses fermentasi alkohol dari bahan baku yang mengandung gula atau

glukosa terlihat pada reaksi berikut :

C6 H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ATP + 5 Kkal

Proses fermentasi

. Fermentasi aerob akan menghasilkan asam laktat dan pada proses

anaerob akan dihasilkan etanol. Fermentasi menurut jenis medianya dapat

dibedakan menjadi dua, yaitu fermentasi media padat dan fermentasi media

cair. Fermentasi media padat adalah fermentasi yang substratnya tidak larut

dan tidak mengandung air bebas, tetapi cukup mengandung air untuk

keperluan mikroba. Fermentasi media cair adalah proses fermentasi yang

substratnya larut atau tersuspensi dalam media cair. Fermentasi media padat

umumnya berlangsung pada media dengan kadar air berkisar antara 60-80%

(Gaman dan Sherrington, 1992).

Fermentasi etanol memakan waktu 30-72 jam. Frazier dan Westhoff

(1978) menambahk

dar gula antara 10-18%. Jika konsentrasi gula terlalu tinggi, aktivitas

khamir dapat terhambat dan waktu fermentasi menjadi lebih lama serta tidak

semua gula dapat terfermentasi (Paturau, 1969)

Mikroorganisme yang sering digunakan untuk proses fermentasi yaitu

khamir. Khamir mampu mengkonsumsi berbag

yang digunakan. Secara umum, mikroorganisme ini dapat tumbuh dan

memfermentasi gula menjadi etanol secara efisien pada suhu 28-35 oC.

Walaupun laju awal produksi etanol meningkat pada suhu lebih tinggi,

produktifitas keseluruhan menurun karena efek penghambatan etanol

meningkat (Ratledge, 1991).

Faktor lingkungan seperti suhu, pH, kebutuhan nutrient dan kofaktor

perlu diperhatikan dalam kehidupan khamir. Sejumlah kecil oksigen harus

disediakan pada proses fermentasi oleh khamir karena oksigen merupakan

komponen yang diperlukan dalam biosintesis beberapa asam lemak tidak

jenuh. Untuk kebutuhan oksigen dalam proses fermentasi biasanya diberikan

tekanan oksigen 0.05-0.10 mm Hg. Jika tekanan oksigen yang diberikan lebih

besar dari dari nilai tersebut maka konversi akan cenderung ke

pertum

arah

-6 dan 3-6. Perubahan pH dapat mempengaruhi

pemben

Gambar 6. Kurva pertumbuhan kultur mikroba (Fardiaz, 1988)

buhan sel. Kebutuhan relatif nutrien sebanding dengan komponen

utama sel khamir, yaitu mencakup karbon, oksigen, nitrogen dan hidrogen.

Pada jumlah lebih rendah, fosfor, sulfur, potasium dan magnesium juga harus

tersedia untuk sintesis komponen-komponen mineral. Beberapa mineral

seperti Mn, Co, Cu dan Zn serta faktor pertumbuhan organik seperti asam

amino, asam nukleat dan vitamin diperlukan dalam jumlah besar untuk

pertumbuhan khamir (Oura, 1983).

Menurut Prescott dan Dunn (1959), pH pertumbuhan khamir yang

baik antara pH 3.5

tukan hasil samping fermentasi. Pada pH tinggi maka konsentrasi

gliserin akan naik dan juga berkorelasi positif antara pH dan pembentukan

asam piruvat. Pada pH tinggi maka fase lag akan berkurang dan aktivitas

fermentasi akan naik. Pertumbuhan mikroba di dalam suatu kultur mempunyai

kurva seperti terlihat pada Gambar 6.

Fase Logaritmi

Fase Statis

Fase Kematian

Fase Adaptas

Jumlah Sel Hidup

Waktu

Pada proses fermentasi terdapat dua parameter yang mengendalikan

pertum

at menghalangi proses fermentasi lebih

lanjut, jika t scott dan

Dunn, 1981). Selama proses fermentasi akan timbul panas. Bila tidak

dilakuk

a yang merupakan hasil aktivitas fermentasi

sel kh

1. Gl

buhan dan metabolisme khamir, yaitu konsentrasi gula dan etanol.

Secara kinetik glukosa berperan ganda, pada konsentrasi rendah (kurang dari 1

g/l) merupakan substrat pembatas, sedangkan pada konsentrasi tinggi (lebih

dari 300 g/l) akan menjadi penghambat (Mangunwidjaja, 1994). Pada

permulaan proses fermentasi, khamir memerlukan oksigen untuk

pertumbuhannya. Setelah terjadi akumulasi CO2, reaksi berubah menjadi

anaerob. Etanol yang terbentuk dap

kadar e anol tersebut mencapai 13-15% volume (Pre

an pendinginan, suhu akan terus meningkat dan akan menghambat

proses fermentasi (Oura, 1983).

Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi jumlah etanol yang dihasilkan

dari fermentasi adalah mikroorganisme dan media yang digunakan, adanya

komponen media yang dapat menghambat pertumbuhan serta kemampuan

fermentasi mikroorganisme dan kondisi selama fermentasi (Astuty, 1991).

Selain itu hal-hal yang perlu diperhatikan selama fermentasi adalah pemilihan

khamir, konsentrasi gula, keasaman, ada tidaknya oksigen dan suhu dari

perasan buah.

Etanol dihasilkan dari gul

amir. Etanol pada proses fermentasi alkoholik terbentuk melalui

beberapa jalur metabolisme bergantung jenis mikroorganisme yang terlibat.

Untuk Saccharomyces serta sejumlah khamir lainnya, etanol terbentuk melalui

jalur Embden Meyerhof Parnas (EMP), reaksinya sebagai berikut (Rizani,

2000):

ukosa difosforilasi oleh ATP mula-mula menjadi D-glukosa-6 fosfat,

kemudian mengalami isomerasi berubah menjadi D-frukstoda-6 fosfat

dan difosforilasi lagi oleh ATP menjadi D-fruktosa-1, 6 difosfat.

2. D-fruktosa-1, 6 difosfat dipecah menjadi satu molekul D-gliseraldehid-3

fosfat dan satu molekul aseton fosfat.

3. Dihidroksi aseton fosfat disederhanakan menjadi L-gliserol-3 fosfat oleh

NADH2.

4. AT

mentasi etanol meliputi dua tahap utama

Fermen

P melepaskan satu molekul fosfat yang diterima oleh gliseraldehid-3

fosfat yang kemudian menjadi D-1, 3 difosfogliserat dan ADP.

5. D-1, 3 difosfogliserat melepaskan energi fosfat yang tinggi ke ADP untuk

membentuk D-3 fosfogliserat dan ATP.

6. D-3 fosfogliserat berada dalam keseimbangan dengan D-2 fosfogliserat.

7. D-2 fosfogliserat membebaskam air untuk menghasilkan fosfoenol

piruvat.

8. ADP menggeser rantai fosfat yang kaya energi dari fosfoenolpiruvat

untuk menghasilkan piruvat dan ATP.

9. Piruvat didekarboksilasi menghasilkan asetaldehid dan CO2.

10. Akhirnya asetaldehid menerima hidrohen dari NADH2 menghasilkan

etanol.

Menurut Fardiaz (1992), fer

tasi diawali dengan pemecahan rantai karbon dari glukosa dan

pelepasan paling sedikit dua pasang atom hidrogen melalui jalur EMP

menghasilkan senyawa karbon lainnya yang lebih teroksidasi daripada

glukosa. Senyawa yang teroksidasi tersebut direduksi kembali oleh atom

hidrogen yang dilepaskan dalam tahap pertama, membentuk senyawa-senyawa

hasil fermentasi yaitu etanol.