PEMANFAATAN SACCHAROMYCES CEREVISIAE DALAM INDUSTRI ALKOHOL

Bagi kalangan awam, istilah ragi sudah sering didengar. Ragi digunakan untuk pembuatan roti, minuman keras, beberapa jenis makanan tradisional seperti tape, tahu, tempe. Ragi juga digunakan dalam produksi ethanol baik dalam skala industri besar maupun kecil Di sini kita akan membahas apa itu ragi.

Yeast S. cerevisiae

Ragi atau istilah resminya adalah yeast merupakan organisme bersel tunggal berjenis eukariotik. Berkembang biak dengan membelah diri. Berbeda dengan bakteri, yeast memiliki ukuran sel lebih besar (sekitar 10x), memiliki organ-organ, memiliki membran inti sel, dan DNA terlokalisasi di dalam kromosom dalam inti sel. Ini menyebabkan yeast bisa melakukan fungsi-fungsi sel yang berbeda-beda di tiap lokasi dalam selnya. Singkatnya, sel yeast lebih mirip sel organisme tingkat tinggi seperti hewan. Dengan kata lain, yeast secara evolusi lebih maju ketimbang bakteri semacam E. coli.

Ragi tape (juga tergolong S. cerevisiae)

Jenis yeast yang paling populer adalah ragi roti Saccharomyces cerevisiae. Dulu waktu studyi master di Delft, riset saya tentang yeast ini. Yeast ini sudah dipakai sejak 4000 tahun silam untuk membuat roti dan minuman keras (bir, wine, sake, arak, dll). S. cerevisiae merupakan powerhouse bagi riset biologi molekuler dan genetika. Organisme ini menjadi model untuk mempelajarii metabolisme, genetika, termasuk aplikasinya dalam metabolic engineering di organisme tingkat tinggi. Di industri, yeast ini digunakan untuk produksi alkohol dan asam organik karena ketahanaynnya terhadap kedua produk di atas.

Single cell protein diperoleh dari fermentasi yeast. Industri fermentasi terbesar di dunia dalam skala produksi adalah fermentasi gula (sucrose, glucose) oleh yeast ini menjadi alkohol (ethanol). Kapasitas produksi ethanol dunia berkisar 50 milyar liter di tahun 2006 di mana 75 % diproduksi via proses fermentasi, sisanya dengan proses katalitik. Brazil adalah produser ethanol dari fermentasi terbesar di dunia disusul USA dan China. Di samping itu, yeast ini juga direkayasa genetika guna produksi obat-obatan, flavor, antibiotik, dan bahan kimia industri.

Bagaimana mikroorganisme bisa menghasilkan alkohol?

Setiap mikroorganisme seperti layaknya makhluk hidup pasti membutuhkan makanan sebagai sumber energi. Sumber energi utama bagi hampir semua makhluk hidup adalah karbohidrat, mulai dari yang rantai panjang seperti pati sampai yang paling sederhana (mono dan disakarida). Monosakarida paling utama adalah glukosa, gula dengan rumus kimia C6H12O6. Hampir semua makhluk hidup mengolah karbohidrat menjadi glukosa, menyebabkan glukosa menjadi muara utama dari metabolisme karbon.

Molekul glukosa

Kita mengkonsumsi karbohidrat dalam bentuk nasi untuk selanjutnya diolah menjadi glukosa. Di dalam sel-sel tubuh kita, glukosa dengan adanya oksigen diubah menjadi karbondioksida yang dilepas oleh paru-paru kita. Reaksinya:

C6H12O6 (aq) + 6O2 (g) → 6CO2 (g) + 6H2O (l) , ΔG = -2880 kJ per mole of C6H12O6

Reaksi berantai respirasi yang terdiri dari pemecahan glukosa (glycolysis), citric acid cycle, dan oxidative phosporylation

Yeast dan beberapa jenis bakteri (Z. mobilis, E. coli) juga melakukan proses yang sama seperti di gambar di atas jika oksigen tersedia (aerob). Namun jika tidak ada oksigen (anaerob), mikroorganisme ini mampu menempuh jalur metabolisme lain yang bisa menghasikan energi juga walaupun hanya sekitar 5-10 % dibanding kondisi aerob. Jika kita langsung mati lemas tanpa oksigen, yeast misalnya mampu mengolah glukosa dan bertahan hidup. Ini karena yeast memiliki gen-gen yang merupakan kode-kode guna mensintesis enzim-enzim untuk fermentasi glukosa. Hasil dari fermentasi glukosa sangat tergantung jenis mikroorganisme. Yeast mengfermentasi glukosa menjadi ethanol dan sedikit glycerol Fermentasi anaerob menghasilkan ethanol

Jamur Ragi Saccharomyces Cerevisiae

Saccharomyces adalah genus dalam kerajaan jamur yang mencakup banyak jenis ragi. Saccharomyces adalah dari berasal dari bahasa Latin yang berarti gula jamur. Banyak anggota dari genus ini dianggap sangat penting dalam produksi makanan. Salah satu contoh adalah Saccharomyces cerevisiae, yang digunakan dalam pembuatan anggur, roti, dan bir. Anggota lain dari genus ini termasuk Saccharomyces bayanus, digunakan dalam pembuatan anggur, dan Saccharomyces boulardii, digunakan dalam obat-obatan. Koloni dari Saccharomyces tumbuh pesat dan jatuh tempo dalam 3 hari. Mereka rata, mulus, basah, glistening atau kuyu, dan cream untuk cream tannish dalam warna. Ketidakmampuan untuk memanfaatkan nitrat dan kemampuan untuk berbagai memfermentasi karbohidrat adalah karakteristik khas dari Saccharomyces.

Blastoconidia (sel tunas sisi) yang diamati. Mereka adalah unicellular, bundar, dan ellipsoid untuk memperpanjang dalam bentuk. Multilateral (multipolar) budding ciri khasnya. Pseudohyphae, jika ada, yang belum sempurna. Hyphae yang absen. Saccharomyces memproduksi ascospores, khususnya bila tumbuh di V-8 media, asetat ascospor agar, atau Gorodkowa media. Ascospores ini adalah bundar dan terletak di asci. Setiap ascus berisi 1-4 ascospores. Asci tidak menimbulkan perpecahan pada saat jatuh tempo. Ascospores yang berwarna dengan Kinyoun noda dan ascospore noda. Bila dikotori dengan noda Gram, ascospores adalah gram-negatif sedangkan sel vegetatif adalah gram positif.

Jamur Saccharomyces cerevisiae, atau di Indonesia lebih dikenal dengan nama jamur ragi, telah memiliki sejarah yang luar biasa di industri fermentasi. Karena kemampuannya dalam menghasilkan alkohol inilah, S. cerevisiae disebut sebagai mikroorganisme aman (Generally Regarded as Safe) yang paling komersial saat ini. Dengan menghasilkan berbagai minuman beralkohol, mikroorganisme tertua yang dikembangbiakkan oleh manusia ini memungkinkan terjadinya proses bioteknologi yang pertama di dunia.

Seiring dengan berkembangnya genetika molekuler, S. cerevisiae juga digunakan untuk menciptakan revolusi terbaru manusia di bidang rekayasa genetika. S. cerevisiae yang sering mendapat julukan sebagai super jamur telah menjadi mikroorganisme frontier di berbagai bioteknologi modern. Tentu saja kegunaan mikroorganisme ini pun menjadi semakin penting di dunia industri fermentasi. Saat ini S. cerevisiae tidak saja digunakan dalam bidang fermentasi tradisional, tetapi mikroorganisme-mikroorganisme S. cerevisiae baru yang didapatkan dari riset dan aplikasi bioteknologi telah merambah sektor-sektor komersial yang penting, termasuk makanan, minuman, biofuel, kimia, industri enzim, pharmaceutical, agrikultur, dan lingkungan. Di masa depan, terutama karena krisis energi yang semakin sering terjadi, etanol yang diproduksi oleh fermentasi jamur ragi ini agaknya akan mendapat perhatian khusus karena potensinya sebagai biofuel.

S. Cerevisiae adalah jamur bersel tunggal yang telah memahat milestones dalam kehidupan dunia. Jamur ini merupakan mikroorganisme pertama yang dikembangbiakkan oleh manusia untuk membuat makanan (sebagai ragi roti, sekitar 100 SM, Romawi kuno) dan minuman (sebagai jamur fermentasi bir dan anggur, sekitar 7000 SM, di Assyria, Caucasia, Mesopotamia, dan Sumeria). Di Indonesia sendiri, jamur ini telah melekat dalam kehidupan sehari-hari. Nenek moyang kita dan hingga saat ini kita sendiri menggunakannya dalam pembuatan makanan dan minuman, seperti tempe, tape, dan tuak.
Di dunia sains, mikroorganisme ini adalah yang pertama kali diobservasi melalui mikroskop oleh Bapak Ahli MikrobiologiAntonie van Leewenhoek.

Louis Pasteur, yang terkenal dalam penemuannya mengenai cara pensterilan susu, menggunakannya sebagai bahan biokimia hidup dalam proses transformasi. Jamur ini juga digunakan sebagai pabrik tempat pembuatan vaksin hepatitis B rekombinan yang pertama. Tak hanya itu, S. cerevisiae juga merupakan pabrik enzim makanan pertama (chymosin, enzim yang digunakan dalam pembuatan keju). Dan tentu saja penemuan spektakuler dalam memecahkan seluruh sekuens genom S. cerevisiae merupakan langkah pionir yang menentukan dalam menguak misteri sekuens genom manusia. Hampir semua teknologi frontier, seperti genomik, proteomik, dan nanobioteknologi, menggunakan jamur ini sebagai model. Tidak diragukan lagi bahwa inovasi sains dan teknologi juga akan semakin melaju di bidang bioekonomi. S. cerevisiae, sebagai model sains dan mikroorganisme komersial yang populer, akan terus memegang peranan penting di masa depan.

Di masa depan, S. cerevisiae akan menjadi sel inang yang semakin diperhitungkan dalam pembuatan low volume, high value produk bioteknologi, seperti enzim, bahan-bahan kimia, protein terapi, dan produk pharmaceutical lainnya yang berdaya komersial tinggi. Selain menghasilkan 800.000 ton protein dalam setahun, telah dihasilkan pula 60 juta ton bir, 30 juta ton anggur, dan 600.000 ton jamur ragi.

Tak mengherankan mikroorganisme ini merupakan tulang punggung dalam produksi empat komoditas fermentasi terbesar di dunia. Oleh karena itu, biomass jamur (baik untuk industri makanan manusia dan ternak) dan produksi tradisional etanol (untuk industri bir, anggur, minuman suling, dan energi) diperkirakan akan terus menyumbangkan produksi fermentasi terbanyak di dunia. Dalam bidang energi, jamur ragi sebagai pabrik etanol merupakan suatu strategi alternatif yang telah dikembangkan di beberapa negara, seperti Brasil, Afrika Selatan, dan Amerika Serikat. Saat ini biomass tanaman adalah sumber biofuel yang paling banyak dikembangkan karena harganya yang murah dan persediaannya yang mudah didapat. Sayangnya, salah satu penghambat justru adalah langkanya low-cost technology dalam pengolahan tanaman menjadi etanol.

Tentu saja tidak sembarang jamur ragi dipakai, melainkan beberapa strain S. cerevisiae yang telah direkayasa daur metabolismenya secara genetika sehingga dapat menghasilkan etanol secara efektif dan efisien. Biofuel dalam bentuk etanol merupakan salah satu harapan masa depan dari super jamur ini. Alasan utama dari penggunaan etanol adalah sumber energi yang sustainable dan ramah lingkungan serta sangat menguntungkan secara ekonomi makro terhadap komunitas pedesaan (petani). Seiring dengan itu, krisis energi dalam bentuk minyak bumi diperkirakan akan terjadi sehubungan dengan prediksi bahwa produksi minyak dunia akan memuncak dalam waktu 25 tahun mendatang dan selanjutnya menurun secara drastis.

Bagi negara-negara yang relatif miskin sumber daya minyak dan pengekspor minyak dunia, hal ini sangat mengancam kesejahteraan mereka, bahkan dapat mengancam pertahanan dan keamanan mereka. Oleh karena itu, mereka berpacu dengan waktu untuk mengembangkan dan mengaplikasikan teknologi baru yang dapat memuluskan transisi energi oil menuju energi biofuel yang dapat diperbarui. Tentu saja, bagi negara berkembang seperti Indonesia, pekerjaan rumah yang utama adalah bagaimana memanfaatkan sumber daya hayati jamur di Indonesia sehingga dapat mengembangkan ilmu sekaligus memajukan ekonomi berbasiskan ilmu pengetahuan ini. Beberapa peneliti Indonesia dengan kredibilitas tinggi di beberapa perguruan tinggi dan lembaga penelitian telah menemukan ratusan jenis jamur, bahkan lebih. Langkah selanjutnya adalah bagaimana kekayaan ini dimanfaatkan seoptimal mungkin, baik di bidang sains dasar maupun di bidang bioekonomi.

Adalah genus dalam kerajaan jamur yang mencakup banyak jenis ragi. Saccharomyces adalah dari berasal dari bahasa Latin yang berarti gula jamur. Banyak anggota dari genus ini dianggap sangat penting dalam produksi makanan. Salah satu contoh adalah Saccharomyces cerevisiae, yang digunakan dalam pembuatan anggur, roti, dan bir. Anggota lain dari genus ini termasuk Saccharomyces bayanus, digunakan dalam pembuatan anggur, dan Saccharomyces boulardii, digunakan dalam obat-obatan. Koloni dari Saccharomyces tumbuh pesat dan jatuh tempo dalam 3 hari. Mereka rata, mulus, basah, glistening atau kuyu, dan cream untuk cream tannish dalam warna.

Ketidakmampuan untuk memanfaatkan nitrat dan kemampuan untuk berbagai memfermentasi karbohidrat adalah karakteristik khas dari Saccharomyces. Blastoconidia (sel tunas sisi) yang diamati. Mereka adalah unicellular, bundar, dan ellipsoid untuk memperpanjang dalam bentuk. Multilateral (multipolar) budding ciri khasnya. Pseudohyphae, jika ada, yang belum sempurna. Hyphae yang absen. Saccharomyces memproduksi ascospores, khususnya bila tumbuh di V-8 media, asetat ascospor agar, atau Gorodkowa media. Ascospores ini adalah bundar dan terletak di asci. Setiap ascus berisi 1-4 ascospores. Asci tidak menimbulkan perpecahan pada saat jatuh tempo. Ascospores yang berwarna dengan Kinyoun noda dan ascospore noda. Bila dikotori dengan noda Gram, ascospores adalah gram-negatif sedangkan sel vegetatif adalah gram positif.

Jamur Saccharomyces cerevisiae, atau di Indonesia lebih dikenal dengan nama jamur ragi, telah memiliki sejarah yang luar biasa di industri fermentasi. Karena kemampuannya dalam menghasilkan alkohol inilah, S. cerevisiae disebut sebagai mikroorganisme aman (Generally Regarded as Safe) yang paling komersial saat ini. Dengan menghasilkan berbagai minuman beralkohol, mikroorganisme tertua yang dikembangbiakkan oleh manusia ini memungkinkan terjadinya proses bioteknologi yang pertama di dunia. Seiring dengan berkembangnya genetika molekuler, S. cerevisiae juga digunakan untuk menciptakan revolusi terbaru manusia di bidang rekayasa genetika.

S. cerevisiae yang sering mendapat julukan sebagai super jamur telah menjadi mikroorganisme frontier di berbagai bioteknologi modern. Tentu saja kegunaan mikroorganisme ini pun menjadi semakin penting di dunia industri fermentasi. Saat ini S. cerevisiae tidak saja digunakan dalam bidang fermentasi tradisional, tetapi mikroorganisme-mikroorganisme S. cerevisiae baru yang didapatkan dari riset dan aplikasi bioteknologi telah merambah sektor-sektor komersial yang penting, termasuk makanan, minuman, biofuel, kimia, industri enzim, pharmaceutical, agrikultur, dan lingkungan. Di masa depan, terutama karena krisis energi yang semakin sering terjadi, etanol yang diproduksi oleh fermentasi jamur ragi ini agaknya akan mendapat perhatian khusus karena potensinya sebagai biofuel.

S. cerevisiae adalah jamur bersel tunggal yang telah memahat milestones dalam kehidupan dunia. Jamur ini merupakan mikroorganisme pertama yang dikembangbiakkan oleh manusia untuk membuat makanan (sebagai ragi roti, sekitar 100 SM, Romawi kuno) dan minuman (sebagai jamur fermentasi bir dan anggur, sekitar 7000 SM, di Assyria, Caucasia, Mesopotamia, dan Sumeria). Di Indonesia sendiri, jamur ini telah melekat dalam kehidupan sehari-hari. Nenek moyang kita dan hingga saat ini kita sendiri menggunakannya dalam pembuatan makanan dan minuman, seperti tempe, tape, dan tuak.
Di dunia sains, mikroorganisme ini adalah yang pertama kali diobservasi melalui mikroskop oleh Bapak Ahli Mikrobiologi Antonie van Leewenhoek. Louis Pasteur, yang terkenal dalam penemuannya mengenai cara pensterilan susu, menggunakannya sebagai bahan biokimia hidup dalam proses transformasi. Jamur ini juga digunakan sebagai pabrik tempat pembuatan vaksin hepatitis B rekombinan yang pertama.

Tak hanya itu, S. cerevisiae juga merupakan pabrik enzim makanan pertama (chymosin, enzim yang digunakan dalam pembuatan keju). Dan tentu saja penemuan spektakuler dalam memecahkan seluruh sekuens genom S. cerevisiae merupakan langkah pionir yang menentukan dalam menguak misteri sekuens genom manusia. Hampir semua teknologi frontier, seperti genomik, proteomik, dan nanobioteknologi, menggunakan jamur ini sebagai model. Tidak diragukan lagi bahwa inovasi sains dan teknologi juga akan semakin melaju di bidang bioekonomi. S. cerevisiae, sebagai model sains dan mikroorganisme komersial yang populer, akan terus memegang peranan penting di masa depan.

Di masa depan, S. cerevisiae akan menjadi sel inang yang semakin diperhitungkan dalam pembuatan low volume, high value produk bioteknologi, seperti enzim, bahan-bahan kimia, protein terapi, dan produk pharmaceutical lainnya yang berdaya komersial tinggi. Selain menghasilkan 800.000 ton protein dalam setahun, telah dihasilkan pula 60 juta ton bir, 30 juta ton anggur, dan 600.000 ton jamur ragi. Tak mengherankan mikroorganisme ini merupakan tulang punggung dalam produksi empat komoditas fermentasi terbesar di dunia. Oleh karena itu, biomass jamur (baik untuk industri makanan manusia dan ternak) dan produksi tradisional etanol (untuk industri bir, anggur, minuman suling, dan energi) diperkirakan akan terus menyumbangkan produksi fermentasi terbanyak di dunia.

Dalam bidang energi, jamur ragi sebagai pabrik etanol merupakan suatu strategi alternatif yang telah dikembangkan di beberapa negara, seperti Brasil, Afrika Selatan, dan Amerika Serikat. Saat ini biomass tanaman adalah sumber biofuel yang paling banyak dikembangkan karena harganya yang murah dan persediaannya yang mudah didapat. Sayangnya, salah satu penghambat justru adalah langkanya low-cost technology dalam pengolahan tanaman menjadi etanol. Tentu saja tidak sembarang jamur ragi dipakai, melainkan beberapa strain S. cerevisiae yang telah direkayasa daur metabolismenya secara genetika sehingga dapat menghasilkan etanol secara efektif dan efisien. Biofuel dalam bentuk etanol merupakan salah satu harapan masa depan dari superjamur ini. Alasan utama dari penggunaan etanol adalah sumber energi yang sustainable dan ramah lingkungan serta sangat menguntungkan secara ekonomi makro terhadap komunitas pedesaan (petani).

Seiring dengan itu, krisis energi dalam bentuk minyak bumi diperkirakan akan terjadi sehubungan dengan prediksi bahwa produksi minyak dunia akan memuncak dalam waktu 25 tahun mendatang dan selanjutnya menurun secara drastis. Bagi negara-negara yang relatif miskin sumber daya minyak dan pengekspor minyak dunia, hal ini sangat mengancam kesejahteraan mereka, bahkan dapat mengancam pertahanan dan keamanan mereka.

Oleh karena itu, mereka berpacu dengan waktu untuk mengembangkan dan mengaplikasikan teknologi baru yang dapat memuluskan transisi energi oil menuju energi biofuel yang dapat diperbarui. Tentu saja, bagi negara berkembang seperti Indonesia, pekerjaan rumah yang utama adalah bagaimana memanfaatkan sumber daya hayati jamur di Indonesia sehingga dapat mengembangkan ilmu sekaligus memajukan ekonomi berbasiskan ilmu pengetahuan ini. Beberapa peneliti Indonesia dengan kredibilitas tinggi di beberapa perguruan tinggi dan lembaga penelitian telah menemukan ratusan jenis jamur, bahkan lebih. Langkah selanjutnya adalah bagaimana kekayaan ini dimanfaatkan seoptimal mungkin, baik di bidang sains dasar maupun di bidang bioekonomi.

Sekarang orang melakukan  fermentasi untuk menghasilkan suatu jenis produk dari berbagai jamur, khamir, dan bakteri. Menurut Hidayat Nur, (1992:3) Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel pada keadaan anaerob (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi merupakan salah satu bentuk respirasi anaerob, definisi fermentasi dapat juga dikatakan sebagai perubahan gradual oleh enzim beberapa bakteri, khamir, dan jamur. Contoh perubahan kimia dari fermentasi meliputi pengasaman susu, dekomposisi pati gula menjadi alkohol dan karbon dioksida, serta oksidasi senyawa nitrogen organik.

Sedangkan Buchle K. A, (1987:92-93) mengatakan bahwa Fermentasi diartikan pula sebagai pertumbuhan mikroorgaisme yang terjadi tanpa adanya oksigen. Dari mikroorganisme yang berperan dalam proses fermentasi yang paling penting adalah bakteri pembentuk asam laktat, asam asetat, asam sitrat dan beberapa jenis khamir penghasil alkohol. Fermentasi timbul sebagai hasil metabolisme tipe anaerobik. Untuk hidup semua mikroorganisme membutuhkan sumber energi, sumber energi diperoleh dari metabolisme bahan pangan di mana mikroorganisme tersebut berada.

Bahan baku energi yang paling banyak digunakan di antara mikroorganisme adalah glukosa. Sel dari Sacharomyces cereviceae. Berkembang biak dengan cara vegetatif dengan arah menguncup multilateral. Konjugasi isogam/heterogam dapat terjadi setelah pembentukan askus. Dapat berbentuk tonjolan-tonjolan, setiap askus dapat mengandung 1-4 spora dengan berbagai bentuk, spora dapat berkonjugasi disimilasi dan berlangsung dari oksidatif yang disukai sampai kepada fermentatif yang dominan. Dalam biakan cair biasanya terjadi pertumbuhan didasar. Cincin dan partikel dapat terbentuk secara merata yang lebih panjang, senyawa-senyawa gula pada umumnya difermentasikan dengan kuat, dan nitratnya tidak diasimilasikan”.

Budiyanto dan Krisno, (1996:75-77) Dalam proses pembuatan anggur (wine) terjadi proses pemecahan gula menjadi alkohol dan CO2 akibat dari aktifitas enzim yang dihasilkan oleh sel khamir. Adapun hal-hal yang harus diperhatikan selama proses fermentasi berlangsung adalah: pemilihan khamir, nutrien, kosentrasi gula, keasaman, pemberian oksigen dan suhu dari perasan buah anggur tersebut. Khamir yang digunakan pada proses fermentasi ini harus tahan terhadap kadar alkohol yang tinggi dan mampu beradaptasi dengan SO2. Serta diharapkan mampu menghasilkan alkohol yang tinggi dan menghasilkan asam yang rendah. Selain itu, suhu juga berpengaruh terhadap fermentasi wine. Suhu yang cocok untuk proses ini adalah dibawah 30oC. Semakin rendah suhu fermentasi maka semakin tinggi pula alkohol yang akan dihasilkan. pH yang digunakan untuk pertumbuhan khamir adalah 4-4,5. Untuk menaikkan pH digunakan NaOH, dan untuk menurunkan pH digunakan asam nitrat. Fermentasi anggur (wine) juga dipengaruhi oleh kosentrasi garam logam dalam perasan. Pada kosentrasi yang rendah akan menstimulir aktivitas dan petumbuhan khamir, sedangkan pada kosentrasi yang tinggi akan menghambat pertumbuhan sel khamir. Starter yang ditambahkan pada perasan buah anggur yang akan difermentasi banyaknya 2-5%. Karena hal tersebut dapat memperpendek fase adaptasi. Starter yang digunakan sebaiknya mempunyai kadar alkohol lebih dari 4%. Hal ini berguna untuk menekan pertumbuhan mikroorganisme yang merusak atau mengkontaminasi. Starter yang baik adalah starter dari biakan murni yang dapat diisolasi dari buah. Media starter dibuat dari must yang sudah disterilisasikan antara 2-5% volume dan yang telah diinokulasikan dengan khamir.

Dorland, (1989:831) mendefinisikan “Pasteurisasi adalah proses pemanasan susu atau cairan lainnya hingga suhu moderat selama waktu tertentu, seringkali pada suhu 60oC selama 30 menit, yang mematikan sebagian besar bakteri patogen dan dapat menghambat perkembangan bakteri yang lainnya”.

Dari situs www.wikipedia.org menyatakan bahwa:

Anggur atau wine adalah minuman beralkohol yang terbuat dari sari anggur jenis Vitis vinifera yang biasanya hanya tumbuh di area 30 hingga 50 derajat lintang utara dan selatan. Minuman beralkohol yang dibuat dari sari buah lain yang kadar alkoholnya berkisar di antara 8% hingga 15% biasanya disebut sebagai wine buah (fruit wine). Wine dibuat melalui fermentasi gula yang ada di dalam buah anggur.

Wine terdiri atas beberapa jenis, adapun jenis-jenis wine antara lain :

Red Wine adalah wine yang dibuat dari anggur merah (red grapes).

White Wine adalah wine yang dibuat dari anggur putih (white grape).

Rose Wine adalah wine yang berwarna merah muda, dibuat dari anggur merah namun dengan proses ekstraksi warna yang lebih singkat dibandingkan dengan proses pembuatan Red Wine. Di daerah Champagne, kata Rose Wine mengacu pada campuran antara White Wine dan Red Wine.

Sparkling Wine adalah wine yang mengandung cukup banyak gelembung karbondioksida di dalamnya. Hanya Sparkling Wine yang dibuat dari anggur yang tumbuh di desa Champagne dan diproduksi di desa Champagne yang boleh disebut, dan diberi label Champagne.

Sweet Wine adalah wine yang masih banyak mengandung gula sisa hasil fermentasi (residual sugar) sehingga rasanya menjadi manis.

Fortified Wine adalah wine yang mengandung alkohol lebih tinggi dibandingkan dengan wine biasa (antara 15 % hingga 20,5 %). Kadar alkohol yang tinggi ini adalah hasil dari penambahan spirit pada proses pembuatannya.

Hidayat Nur, (1992:180) ”Biasanya dalam proses fermentasi alkohol digunakan khamir dari strain Saccaromyces cereviceae. Strain S. ellipsoids juga sering digunakan. Khamir ini dapat mengubah glukosa menjadi alkohol dan CO2.

Ciri-ciri kultur yang baik adalah :

Mudah tumbuh

Tahan alkohol dan gula tinggi, efisiensi dalam mengubah karbohidrat menjadi alkohol.

Suhu pertumbuhan maksimum adalah 900 C dan tidak banyak berubah karena adanya perubahan pH, suhu dan tekanan osmose”.

Fermentasi Wine

Keanekaragaman pangan yang ada di nusantara ini tidak terlepas dari kondisi sosial-budaya masyarakat Indonesia yang beranekaragam baik budaya, adat istiadat maupun gaya hidup. Jika diperhatikan dengan seksama tidak sedikit dari produk pangan yang dikembangkan merupakan hasil dari proses fermentasi yang menggunakan khamir untuk prosesnya. Salah satu contoh proses fermentasi yaitu pada proses pembuatan wine. Wine bisa dibuat dengan bioproses traditional maupun modern. Anggur merupakan salah satu bahan baku yang dapat digunakan dalam pembuatan wine karena memiliki kandungan glukosa yang tinggi yaitu antara 75-150 mg/ml. Dalam proses fermentasinya khamir yang biasa digunakan yaitu saccharomyces cerevisiae.

Pada pembuatan wine tedapat tahapan-tahapan proses:

Penghancuran dan perlakuan anggur sebelum fermentasi

Proses pertamakali yang dilakukan adalah menghancurkan anggur. Untuk wine putih kulit dari anggur dihilangkan, sedangkan untuk wine merah, anggur dihancurkan beserta kulitnya. Setelah itu dilakukan pendinginan pada suhu 5 – 10 o C dalam waktu antara 24 – 48 jam dengan bantuan enzim pectolitic untuk menghancurkan material anggur. Secara tradisional fermentasi dari anggur dapat dilakukan di dalam tangki kayu yang besar, tetapi kebanyakan wine modern sekarang sudah menggunakan tangki stainless steel yang canggih, dengan kelengkapan alat seperti pengontrol suhu, alat pembersih dan lainnya. Anggur putih secara umum difermentasi pada suhu 10-18oC dengan waktu yang dibutuhkan antara 7-14 hari, sedangkan Anggur merah membutuhkan waktu fermentasi kurang lebih 7 hari dengan suhu antara 20-30oC.

Fermentasi Malolactic

Fermentasi ini terjadi alami dan membutuhkan waktu antara 2 sampai 3 minggu setelah fermentasi alkohol selesai, dan berakhir antara 2 sampai 4 minggu
Reaksi ini mengubah dekarboksilasi L-malic acid menjadi L-lactic acid dengan menurunkan kadar keasaman wine dan menaikkan pH antara 0,3 sampai 0,5. Penurunan kadar keasaman dengan fermentasi ini membuat wine lebih lembut, rasa yang matang dan rasa yang lebih menarik. Tidak semua jenis wine memerlukan proses fermentasi malolactic.

Proses setelah fermentasi

Kebanyakan wine putih tidak untuk disimpan dalam jangka waktu yang lama setelah fermentasi alkohol atau fermentasi malolactic selesai. Sedangkan wine merah dapat disimpan antara 1 sampai 2 tahun dalam tangki kayu. Pada wine merah, lamanya penyimpanan bertujuan untuk perkembangan rasa antara wine dan ekstrak komponen dari tangki kayu, yang perlu diperhatikan selama penyimpanan dan penuaan adalah pengeluaran oksigen dan penambahan dari sulfur dioksida ke level bebas antara 20 sampai 25 μg/ml. Sebelum pengemasan, wine mungkin disimpan di tempat yang bersuhu dingin antara 5-10oC untuk mengendapkan kotoran.

Wine dengan proses fermentasi alkohol, fermentasi malolactic dan penuaan memiliki cita rasa tersendiri yang berasal dari anggur dan proses operasinya. Hal ini terjadi karena kontribusi anggur dari banyak komponen yang mudah menguap sehingga memberikan variasi rasa pada wine.

 

TEKNOLOGI PRODUKSI ALKOHOL YANG KONVERSIONAL

PROSES PEMBUATAN BIOETHANOL BERKADAR 90 % DARI BAHAN BAKU UBI KAYU (SINGKONG-CASSAVA)

1. SEKILAS TENTANG BIOETHANOL

Ethanol merupakan senyawa Hidrokarbon dengan gugus Hydroxyl (-OH) dengan 2 atom karbon (C) dengan rumus kimia C2H5OH. Secara umum Ethanol lebih dikenal sebagai Etil Alkohol berupa bahan kimia yang diproduksi dari bahan baku tanaman yang mengandung karbohidrat (pati) seperti ubi kayu,ubi jalar,jagung,sorgum,beras,ganyong dan sagu yang kemudian dipopulerkan dengan nama Bioethanol.

Bahan baku lain-nya adalah tanaman atau buah yang mengandung gula seperti tebu,nira,buah mangga,nenas,pepaya,anggur,lengkeng,dll. Bahan berserat (selulosa) seperti sampah organik dan jerami padi pun saat ini telah menjadi salah satu alternatif penghasil ethanol. Bahan baku tersebut merupakan tanaman pangan yang biasa ditanam rakyat hampir di seluruh wilayah Indonesia,sehingga jenis tanaman tersebut merupakan tanaman yang potensial untuk dipertimbangkan sebagai sumber bahan baku pembuatan bioethanol. Namun dari semua jenis tanaman tersebut, ubi kayu merupakan tanaman yang setiap hektarnya paling tinggi dapat memproduksi bioethanol. Selain itu pertimbangan pemakaian ubi kayu sebagai bahan baku proses produksi bioethanol juga didasarkan pada pertimbangan ekonomi. Pertimbangan ke-ekonomian pengadaan bahan baku tersebut bukan saja meliputi harga produksi tanaman sebagai bahan baku, tetapi juga meliputi biaya pengelolaan tanaman, biaya produksi pengadaan bahan baku, dan biaya bahan baku untuk memproduksi setiap liter ethanol.

Secara umum ethanol biasa digunakan sebagai bahan baku industri turunan alkohol, campuran untuk miras, bahan dasar industri farmasi, kosmetika dan kini sebagai campuran bahan bakar untuk kendaraan bermotor. Mengingat pemanfaatan ethanol beraneka ragam, sehingga grade ethanol yang dimanfaatkan harus berbeda sesuai dengan penggunaannya. Untuk ethanol yang mempunyai grade 90-95% biasa digunakan pada industri, sedangkan ethanol/bioethanol yang mempunyai grade 95-99% atau disebut alkohol teknis dipergunakan sebagai campuran untuk miras dan bahan dasar industri farmasi. Sedangkan grade ethanol/bioethanol yang dimanfaatkan sebagai campuran bahan bakar untuk kendaraan bermotor harus betul-betul kering dan anhydrous supaya tidak menimbulkan korosif, sehingga ethanol/bio-ethanol harus mempunyai grade tinggi antara 99,6-99,8 % (Full Grade Ethanol = FGE). Perbedaan besarnya grade akan berpengaruh terhadap proses konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air.

Bioethanol atau Ethanol (Alkohol)


2. PROSES PRODUKSI BIO-ETHANOL

Produksi ethanol/bioethanol (atau alkohol) dengan bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohydrat, dilakukan melalui proses konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air. Konversi bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohydrat dan tetes menjadi bioethanol ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Konversi Bahan Baku Tanaman Yang Mengandung Pati Atau Karbohidrat Dan Tetes Menjadi Bio-Ethanol

Bahan Baku

Kandungan Gula Dalam Bahan Baku

(Kg)

Jmlh Hasil Konversi Bioethanol (Liter)

Perbandingan Bahan Baku dan Bioethanol

Jenis

Konsumsi (Kg)

Ubi Kayu

1000

250-300

166,6

6,5 : 1

Ubi Jalar

1000

150-200

125

8 : 1

Jagung

1000

600-700

200

5 : 1

Sagu

1000

120-160

90

12 : 1

Tetes

1000

500

250

4 : 1

Glukosa dapat dibuat dari pati-patian, proses pembuatannya dapat dibedakan berdasarkan zat pembantu yang dipergunakan, yaitu Hydrolisa asam dan Hydrolisa enzyme. Berdasarkan kedua jenis hydrolisa tersebut, saat ini hydrolisa enzyme lebih banyak dikembangkan, sedangkan hydrolisa asam (misalnya dengan asam sulfat) kurang dapat berkembang, sehingga proses pembuatan glukosa dari pati-patian sekarang ini dipergunakan dengan hydrolisa enzyme. Dalam proses konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air dilakukan dengan penambahan air dan enzyme; kemudian dilakukan proses peragian atau fermentasi gula menjadi ethanol dengan menambahkan yeast atau ragi. Reaksi yang terjadi pada proses produksi ethanol/bio-ethanol secara sederhana ditujukkan pada reaksi 1 dan 2.

H2O
(C6H10O5)n —————————-N C6H12O6 (1)
enzyme
(pati) ———————————— (glukosa)

(C6H12O6 )n —————————-2 C2H5OH + 2 CO2. (2)
yeast (ragi)
(glukosa) ——————————– (ethanol)

Selain ethanol/bioethanol dapat diproduksi dari bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohydrat, juga dapat diproduksi dari bahan tanaman yang mengandung selulosa (mis: jerami padi), namun dengan adanya lignin mengakibatkan proses penggulaannya menjadi lebih sulit, sehingga pembuatan ethanol/bioethanol dari selulosa sementara ini tidak kami rekomendasikan. Meskipun teknik produksi ethanol/bioethanol merupakan teknik yang sudah lama diketahui, namun ethanol/bioethanol untuk bahan bakar kendaraan memerlukan ethanol dengan karakteristik tertentu yang memerlukan teknologi yang relative baru di Indonesia antara lain mengena ineraca energi (energy balance) dan efisiensi produksi, sehingga penelitian lebih lanjut mengenai teknologi proses produksi ethanol masih perlu dilakukan.Secara singkat teknologi proses produksi ethanol/bioethanol tersebut dapat dibagi dalam tiga tahap, yaitu Persiapan Bahan Baku, Liquefikasi dan Sakarifikasi, Fermentasi, Distilasi, dan Dehidrasi.

I. Persiapan Bahan Baku

Bahan baku untuk produksi biethanol bisa didapatkan dari berbagai tanaman, baik yang secara langsung menghasilkan gula sederhana semisal Tebu (sugarcane), gandum manis (sweet sorghum) atau yang menghasilkan tepung seperti jagung (corn), singkong (cassava) dan gandum (grain sorghum) disamping bahan lainnya. Persiapan bahan baku beragam bergantung pada jenis bahan bakunya, sebagai contoh kami menggunakan bahan baku Singkong (ubi kayu). Singkong yang telah dikupas dan dibersihkan dihancurkan untuk memecahkan susunan tepungnya agar bisa berinteraksi dengan air secara baik.

Penghancuran Singkong

Pemasakan bahan baku

II. Liquifikasi dan Sakarifikasi

Kandungan karbohidrat berupa tepung atau pati pada bahan baku singkong dikonversi menjadi gula komplex menggunakan Enzym Alfa Amylase melalui proses pemanasan (pemasakan) pada suhu 90 derajat celcius (hidrolisis). Pada kondisi ini tepung akan mengalami gelatinasi (mengental seperti Jelly). Pada kondisi optimum Enzym Alfa Amylase bekerja memecahkan struktur tepung secara kimia menjadi gula komplex (dextrin). Proses Liquifikasi selesai ditandai dengan parameter dimana bubur yang diproses berubah menjadi lebih cair seperti sup. Sedangkan proses Sakarifikasi (pemecahan gula kompleks menjadi gula sederhana) melibatkan tahapan sebagai berikut :

-Pendinginan bubur sampai mencapai suhu optimum Enzym Glukosa Amylase bekerja.
-Pengaturan pH optimum enzim.
-Penambahan Enzym Glukosa Amilase secara tepat dan mempertahankan pH serta temperatur pada suhu 60 derajat celcius hingga proses Sakarifikasi selesai (dilakukan dengan melakukan pengetesan kadar gula sederhana yang dihasilkan).

   

Liquefikasi dan Sakarifikasi

III. Fermentasi

Pada tahap ini, tepung telah telah berubah menjadi gula sederhana (glukosa dan sebagian fruktosa) dengan kadar gula berkisar antara 5 hingga 12 %. Tahapan selanjutnya adalah mencampurkan ragi (yeast) pada cairan bahan baku tersebut dan mendiamkannya dalam wadah tertutup (fermentor) pada kisaran suhu optimum 27 s/d 32 °C. selama kurun waktu 5 hingga 7 hari (fermentasi secara anaerob). Keseluruhan proses membutuhkan ketelitian agar bahan baku tidak terkontaminasi oleh mikroba lain. Dengan kata lain, dari persiapan baku, liquifikasi, sakarifikasi, hingga fermentasi harus pada kondisi bebas kontaminan. Selama proses fermentasi akan menghasilkan cairan etanol/alkohol dan CO2.

Hasil dari fermentasi berupa cairan mengandung alkohol/ethanol berkadar rendah antara 7 hingga 10 % (biasa disebut cairan Beer). Pada kadar ethanol max 10 % ragi menjadi tidak aktif lagi,karena kelebihan alkohol akan beakibat racun bagi ragi itu sendiri dan mematikan aktifitasnya.

Fermentasi bahan baku bioethanol

IV. Distilasi.

Distilasi atau lebih umum dikenal dengan istilah penyulingan dilakukan untuk memisahkan alkohol dalam cairan beer hasil fermentasi. Dalam proses distilasi, pada suhu 78 derajat celcius (setara dengan titik didih alkohol) ethanol akan menguap lebih dulu ketimbang air yang bertitik didih 100 derajat celcius. Uap ethanol didalam distillator akan dialirkan kebagian kondensor sehingga terkondensasi menjadi cairan ethanol. Kegiatan penyulingan ethanol merupakan bagian terpenting dari keseluruhan proses produksi bioethanol. Dalam pelaksanaannya dibutuhkan tenaga operator yang sudah menguasai teknik penyulingan ethanol. Selain operator, untuk mendapatkan hasil penyulingan ethanol yang optimal dibutuhkan pemahaman tentang teknik fermentasi dan peralatan distillator yang berkualitas.

Penyulingan ethanol dapat dilakukan dengan 2 (dua) cara :

1. Penyulingan menggunakan teknik dan distillator tradisional (konvensional). Dengan cara ini kadar ethanol yang dihasilkan hanya berkisar antara antara 20 s/d 30 %.

2. Penyulingan menggunakan teknik dan distillator model kolom reflux (bertingkat). Dengan cara dan distillator ini kadar ethanol yang dihasilkan mampu mencapai 60-90 % melalui 2 (dua) tahapan penyulingan.

V. Dehidrasi

Hasil penyulingan berupa ethanol berkadar 95 % belum dapat larut dalam bahan bakar bensin. Untuk substitusi BBM diperlukan ethanol berkadar 99,6-99,8 % atau disebut ethanol kering. Untuk pemurnian ethanol 95 % diperlukan proses dehidrasi (distilasi absorbent) menggunakan beberapa cara,antara lain : 1. Cara Kimia dengan menggunakan batu gamping 2. Cara Fisika ditempuh melalui proses penyerapan menggunakan Zeolit Sintetis. Hasil dehidrasi berupa ethanol berkadar 99,6-99,8 % sehingga dapat dikatagorikan sebagai Full Grade Ethanol (FGE),barulah layak digunakan sebagai bahan bakar motor sesuai standar Pertamina. Alat yang digunakan pada proses pemurnian ini disebut Dehidrator.

 

Proses penyulingan ethanol dengan alat konvensional

   

Penyulingan (distilasi) ethanol menggunakan distillator model kolom reflux

Cairan ethanol dari proses distilasi

 

Bioethanol kadar 95-96 % (alkohol teknis)

 

 

Pengukuran kadar ethanol (alkohol)

VI. Hasil samping penyulingan ethanol.

Akhir proses penyulingan (distilasi) ethanol menghasilkan limbah padat (sludge) dan cair (vinase). Untuk meminimalisir efek terhadap pencemaran lingkungan, limbah padat dengan proses tertentu dirubah menjadi pupuk kalium,bahan pembuatan biogas,kompos,bahan dasar obat nyamuk bakar dan pakan ternak. Sedangkan limbah cair diproses menjadi pupuk cair. Dengan demikian produsen bioethanol tidak perlu khawatir tentang isu berkaitan dengan dampak lingkungan.

 

Limbah padat (sludge)

 

Limbah cair (Vinase)

 

TEKNOLOGI PRODUKSI ALKOHOL YANG MODERN

Hydrogen Production

Konversi biomassa menjadi hidrogen secara biologi dapat dilakukan dengan proses photofermentation maupun darkfermentation. Perolehan hidrogen dengan dark fermentation hanya mencapai 10-20% dari jumlah kandungan hidrogen dalam bahan organik teoretik. Perolehan hidrogen bervariasi dari 0,52 mol/mol heksosa yang diperoleh jika menggunakan subtrat molase dalam batch culture Enterobacter aerogenes, hingga 2,3 mol/mol heksosa jika menggunakan glukosa sebagai substrat dalam continuous culture Clostridium butyricum. Selain perolehan yang rendah, permasalahan lain yang ada dalam produksi hidrogen secara fermentasi adalah konsumsi hidrogen oleh organisme lain seperti metanogenik sehingga substrat awal harus di sterilisasi terlebih dahulu dan menggunakan inokulum yang dalam keadaan murni. Proses produksi hidrogen yang berdiri sendiri dengan cara ini masih tidak laik untuk diaplikasikan saat ini.

Methane Production

Dalam ekosistem anaerobik degradasi biomassa (yang tak tersterilisasi) secara normal dapat mengikuti jalur yang diilustrasikan pada Fig 1. Jika tidak ada akseptor elektron anorganik seperti sulfat atau nitrat, metana menjadi produk akhir proses karena semua senyawa intermediet dari bakteri fermentasi dapat di degradasi menjadi metana, karbondioksida, dan air. Hampir 90% energi dalam biomassa terkonversi menjadi produk akhir dan hanya 10% digunakan untuk bakteri fermentasi. Dalam tahap akhir proses pembentukan metana, karbon (dalam biomassa) hampir sepenuhnya diubah menjadi keadaan paling teroksidasi (CO2) dan paling tereduksi (CH4). Hanya 4% energi digunakan unuk mikroorganisme dan 86% energi terkandung dalam metana.

Dalam proses fermentasi metanogenik secara umum diperoleh perolehan metana mendekati perolehan maksimum teoretik 3 mol CH4/mol glukosa.

Production Biofuels Using the Maxifuel Concept

Proses produksi hidrogen, metana, dan bioetanol dapat dilangsungkan secara terintegrasi, seperti dalam Maxifuel concept (ilustrasi Fig 2). Konsep ini didesain untuk produksi Etanol dari bahan lignoselulosa, untuk menghasilkan jumlah biofuel yang maksimum per unit raw material dan memanfaatkan residu untuk konversi lebih lanjut menjadi energi. Produk utama bioetanol digunakan untuk bahan bakar transportasi dan penekanan proses ini untuk optimasi produksi etanol. Produksi biofuel yang lain seperti metana, hidrogen, dan produk bernilai lain seperti bahan bakar padat akan menambah nilai lebih pada proses. Proses ini juga ramah lingkungan karena dilakukan recycle dan reuse aliran keluaran. Pengembangan produksi etanol berbasis bahan lignoselulosa dapat diintegrasikan lebih lanjut dalam produksi bioetanol konvensional dari bahan jagung, dimana residu jagung dan fiber dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan produktivitas 20% seperti tertera pada ilustrasi Fig 3.

 

 

 Lebih dari 19% bahan baku terpisahkan sebagai padatan, yang dapat dimanfaatkan untuk proses pembakaran. Jika diinginkan, fraksi ini dapat ditingkatkan, sebaliknya jika tidak diinginkan dapat diresirkulasi pada proses pretreatment bersama dengan bahan baku. Neraca massa dari proses Maxifuel dapat dilihat pada ilustrasi Fig 4. Pilot plant proses ini telah di buat di Technical University of Denmark, DTU (ilustrasi Fig 5) dan konsep ini akan didemonstrasikan pada tahun 2008.

 

 

Proses Maxifuel yang telah dipatenkan terdiri dari beberapa tahapan sebagai berikut:

  1. PretreatmentProses pretreatment dari bahan lignoselulosa lebih intensif dibandingkan dengan bahan gula dan bahan berpati. Metode pretreatment bahan lignoselulosa sekarang ini mengonsumsi 30-40% biaya total untuk produksi bioetanol.
  2. Hydrolysis
    Hidrolisa keluaran tahap pretreatment direaksikan dengan enzim untuk memecah selulosa dan hemiselulosa menjadi heksosa dan pentosa sehingga dapat di fermentasi mejadi etanol. Harga enzim sangat mahal, sehingga penelitian untuk mendapatkan enzim dengan aktivitas tinggi dan harga murah adalah kunci untuk mengatasi hambatan ini. Adapun cara lain untuk mereduksi biaya adalah dengan melakukan recycle loops untuk mengumpan balik enzim dalam tangki hidrolisis enzimatik.
  3. Fermentation of C6 sugars

Tahap hidrolisis dapat dioptimalkan dengan melakukan kombinasi hidrolisis enzymatik bersamaan dengan proses fermentasi oleh ragi (simultaneous saccharification and fermentation, SSF). Temperatur optimum enzim yang lebih tinggi dari pada temperatur optimum ragi dapat mengurangi keuntungan menggunakan proses SSF dibandingkan dengan proses terpisah. Ragi roti Saccharomyces cerevisiae digunakan untuk menghasilkan etanol, dan telah banyak digunakan dalam produksi skala industrial. Produktivitas etanol yang besar serta toleran terhadap etanol dan inhibitor lain dalam hidrolisa biomassa adalah alasan penting digunakannya organisme ini, meskipun proses fermentasi xylose organisme ini kurang.

  1. Separation
    Setelah fermentasi glukosa oleh ragi dalam konsep Maxifuel, lignin dipisahkan dengan menggunakan filter, yang sangat mungkin didapatkan lignin dengan berat kering yang tinggi untuk menghindari pembuangan xylose dan etanol yang berada dalam fasa likuid.
  2. Fermentation of C5 sugars

Gula residu dalam hidrolisat setelah proses fermentasi oleh ragi di fermentasikan lagi menggunakan mikroorganisme termofilik, Thermobacter BG1. Modifikasi genetik pada mikroorganisme ini dapat menghasilkan 38,7 g/L atau 5,4% v/v etanol dalam sistem kontinu dari hidrolisa bahan nondetoxified lignoselulosa. Temperatur pertumbuhan pada 75oC memberi kemudahan untuk proses distilasi etanol dari reaktor. Operasi pada kondisi termofilik dapat menurunkan pengaruh kontaminasi, yang merupakan hambatan utama proses fermentasi pada kondisi mesofilik. Selama proses fermentasi gula residu ini, 0,5 sampai 1,1 mol hidrogen/mol substrat dihasilkan sebagai produk samping. Untuk optimasi kelayakan, proses fermentasi termofilik bioetanol dilakukan dalam sistem reaktor terimobilisasi. Imobilisasi organisme ini dalam up flow reactor meningkatkan toleransi etanol, meningkatkan konversi substrat, dan menurunkan sensitivitas ketidakseimbangan proses fermentasi

  1. Anaerobic digestion of process water and recirculation

Efluen dari produksi bioetanol masih mengandung bahan organik yang besar, kecuali karbohidrat. Anaerobik digestion telah lama digunakan untuk mengolah limbah yang mengandung zat organik dalam konsentrasi yang tinggi. Keuntungan proses ini antara lain menstabilkan aliran limbah, efisiensi reduksi kandungan zat organik tinggi, dan produksi metana sebagai bahan baku energi. Pendapatan dari produksi metana dapat mengurangi biaya produksi bioetanol hingga mencapai 34%. Efluen dari tahap fermentasi mengandung lignin berberat molekul rendah yang dihasilkan selama proses fisik-kimia pada tahap pretreatment, yang berupa senyawa aromatik. Senyawa aromatik ini secara umum sukar di degradasi pada proses anaerob, dan jika digunakan kembali akan menginhibisi proses fermentasi. Oleh karena itu, pencapaian dalam proses purifikasi anaerobik yang dapat mendegradasi senyawa ini sangat penting dilakukan.

Bio/Catalytic Refineries

Perkembangan lanjut biorefineries dapat dilakukan dengan teknik hibrida menggabungkan proses konversi biologi dengan proses hilir katalitik. Proses dalam autothermal reformer dengan efisiensi tinggi dapat mengubah 1 mol etanol menjadi 5 mol hidrogen. Jika digabungkan dengan proses biologi dimana 2 mol etanol dihasilkan dari setiap molekul gula (glukosa) perolehan hidrogen dalam dua tahap menjadi 83 % dari nilai maksimum teoretik, lebih besar jika dibandingkan dengan proses fermentasi yang hanya mencapai 10-20%. Selain itu, dihasilkan juga hidrogen dari proses fermentasi termofilik yang akan menambah perolehan hidrogen pada keseluruhan proses mendekati nilai maksimal teoretik yaitu 12 mol hidrogen/mol monosakarida.

Hidrogen dipandang sebagai salah satu energi masa depan. Pengenalan proses hilir konversi katalitik biofuel memungkinkan digunakannya bahan bakar yang tidak memerlukan perlakuan yang lebih kompleks (etanol untuk menghasilkan hidrogen) untuk alat transportasi dengan menggabungkan teknologi fuel cell.

Integrated Conventional and Bio/Catalytic Refineries

Adanya perhatian dan perkembangan yang pesat pemanfaatan biomassa sebagai bahan baku energi, tidak menutup kemungkinan bahan bakar minyak akan terganti semua dalam kurun waktu 50 tahun. Integrasi antara conventional refineries dengan bio/catalytic refineries akan menimbulkan kesinergian dalam proses, ketersediaan bahan kimia, dan logistik. Beberapa aliran proses, limbah, dan panas dari conventional refinery dapat dimanfaatkan dalam biorefinery (ilustrasi Fig 6). Air pendingin dan beberapa aliran efluen dapat digunakan sebagai air proses dalam biorefinery. Conventional refinery memiliki sejumlah besar energi dengan temperatur rendah yang dapat ditukar dan dimanfaatkan untuk energi proses dalam biorefinery. Produk biorefinery dapat digunakan sebagai bahan baku untuk bermacam-macam proses dalam conventional refinery. Sebagai contoh, etanol digunakan sebagai bahan campuran produk gasolin.

Hidrogen yang dihasilkan dari proses biologi dapat dimanfaatkan untuk proses hidrogenasi dalam conventional refiery. Methane dari proses biorefinery dapat digunakan untuk bahan bakar, dan dapat juga digunakan sebagai bahan baku proses reformasi katalitik untuk menghasilkan hidrogen. Dapat juga digunakan untuk menghasilkan gas sintesis (CO/H2), yang dapat dimanfaatkan dalam proses gas to liquids atau produksi metanol. Adanya tahap proses katalitik antara kedua refinery ini dapat meningkatkan keuntungan dua kali lipat , karena hidrokarbon keluaran proses katalitik dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku proses refining lebih lanjut pada coventional refinery.

KAJIAN ISLAM TENTANG BIOTEKNOLOGI DAN PENGETAHUAN.

 

Surah Ath Thalaaq Ayat 12:

Artinya: Allah-lah yang menciptakan tujuh langit dan seperti itu pula bumi. Perintah Allah berlaku padanya, agar kamu mengetahui bahwasanya Allah Maha Kuasa atas segala sesuatu, dan sesungguhnya Allah, ilmu-Nya benar-benar meliputi segala sesuatu.  

 Penjelasan: Dari ayat diatas dapat diartikan bahwa semua yang ada di dunia ini adalah ciptaan Allah dan terjadi karena kehendak Allah.

Surah Al-Furqon (25) Ayat 2:

Artinya: Yang kepunyaan-Nya yang memiliki kerajaan langit dan bumi, dan Dia tidak mempunyai anak, dan tidak ada sekutu bagi-Nya dalam kekuasaan(Nya), dan dia telah menciptakan segala sesuatu, dan Dia menetapkan ukuran-ukurannya dengan serapi-rapinya.

Penjelasan: Pada ayat tersebut menjelaskan segala sesuatu yang diciptakan Allah SWT mempunyai sifat-sifat dan fungsinya masing-masing dalam hidup. Dimana yang ada dibumi ini terdapat keanekaragaman organisme baik yang mikro ataupun makro yang tiap-tiap individu tersebut dapat menunjukkan karakteristik dan kelompoknya berdasarkan bentuk ukurannya.

Surat An-Nur (24) Ayat 45.

Artinya: Dan Allah telah menciptakan semua jenis hewan dari air, maka sebagian dari hewan itu ada yang berjalan di atas perutnya dan sebagian berjalan dengan dua kaki sedang sebagian (yang lain) berjalan dengan empat kaki. Allah menciptakan apa yang dikehendaki-Nya, sesungguhnya Allah Maha Kuasa atas segala sesuatu.

 Penjelasan: Pada ayat tersebut menjelaskan segala sesuatu yang ada di alam adalah ciptaan Allah SWT. Dari berbagai macam penciptaan-Nya merupakan dasar maksud yang dikehendaki-Nya. Dimana Allah menciptakan makhluknya dengan bentuk bermacam-macam berdasarkan lingkungan yang ditempatinya. Dengan demikian, secara tidak langsung Allah SWT telah menunjukkan kebesarannya dengan menggambarkan ciri-ciri hewan air tersebut yang merupakan salah satu makhluk ciptaan-Nya.

 

Daftar pustaka

Anonymous. 2011. TEKNIK%20PEMBUATAN%20BIOETHANOL%20DARI%20UBI%20 KAYU.htm

Anonymous. 2011. Bukan/bhn%20blog/Bagaimana%20mikroorganisme%20bisa%20 menghasilkan%20alkohol%20%20%C2%AB%20Just%20for%20sharing%ideas.htm

Bioscience and Technology, BioCentrum-DTU, Technical University of Denmark.

Hadioetomo, R. S. (1983), “Mikrobiologi dalam Praktek; Teknik dan Prosedur Dasar Laboratorium”, Bagian Mikrobiologi,FMIPA, IPB.

Indquist, J. 1998. General Overview of The Lactic Acid Bacteria. Departement of Bacteriology, University of Wisconsin. Madison. Food Science (324), 102.

Palmqvist, E. 1998. Fermentation of lignocellulosic hydrolysates: inhibation and    detoxification. Doctoral thesis, Lund University, Lund, Sweden.

Prakasham, R.S. dan Ramakrishna, S. V. (1998), Microbial fermentations with immobilized cells, Lecture Handouts, Biochemical and Environmental Engineering, Indian Institute of Chemical Technology, India.

Priani, Nunuk. 2003. Metabolisme Bakteri. http://www.iptek.net.id/ind/pd tanobat/view.php?mnu=2&id=251. 20 JAnuari 2010-01-27

Priani, Nunuk. 2003. Metabolisme Bakteri. http://www.iptek.net.id/ind/pdtanobat

/view.php?mnu=2&id=251. 20 JAnuari 2010-01-27

Schlegel, HG. 1994. Mikrobiologi Prakasham, R.S. dan Ramakrishna, S. V. (1998), Microbial fermentations with immobilized cells, Lecture Handouts, Biochemical and Environmental Engineering, Indian Institute of Chemical Technology, India.

Schlegel, HG. 1994. Mikrobiologi Tripetchkul, S., Tonokawa, M., dan Ishizaki, A. (1992), “    Ethanol Production by

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

Join 55 other followers

%d bloggers like this: