Fermentasi Alkohol

BAB VII

FERMENTASI ALKOHOL

7.1.   Tujuan Percobaan

-    Mengetahui cara pembuatan alkohol dengan proses fermentasi dengan bantuan  khamir Sacharomyces cerevicae

-    Menentukan kadar alkohol hasil fermentasi.

7.2.   Tinjauan Pustaka

Fermentasi berasal dari kata latin fervere yang berarti mendidih yang menunjukan adanya aktifitas dari yeast pada ekstrak buah-buahan atau biji bijian. Sedangkan dalam mikrobiologi industri fermentasi diartikan sebagai suatu proses untuk mengubah bahan baku menjadi suatu produk oleh mikroba. Khamir mampu memfermentasi glukosa, fruktosa dan maltose mejadi bioethanol namun masing-masing spesis mempunyai kecepatan yang berbeda didalam menggunakan jenis gula yang ada (Rahmasari dkk., 2013). Fermentasi sebenarnya proses yang tidak memerlukan oksigen, jadi fermentasi adalah metabolisme tanpa melibatkan oksigen tetapi organisme fermentatif terkadang mmerlukan oksigen untuk proses metabolisme lainnya maupun pertumbuhannya (Purwoko, 2007).

Reaksi fermentasi sebagai berikut:

Glukosa

Pati

Air

                             (C₆H₁₀O₅)n + NH₂O                  NC₆H_I2O₆…..……...……..(7.1.)

Reaksi fermentasi glukosa menjadi bioethanol berlangsung mengikuti persamaan reaksi berikut:

Alkohol

Karbon dioksida

                             C₆H₁₂O₆                2C₂H₅OH  +  2CO…………..........…..(7.2.)

                                                                                                      (Rahmasari dkk., 2013)

Alkohol merupakan zat yag paling efektif dan dapat diandalkan untuk sterlisasi dan disinfeksi. Alkohol mendenaturasi protein dengan jalan dehidrasi, dan juga merupakan pelarut lemak. Oleh karenanya, membran sel akan dirusak, dan enzim-enzim akan diinaktifkan oleh alkohol. Ada 3 jenis alkohol yag diprgunakan yaitu metanol (CH₃OOH), Etanol (CH₃CH₂OH) dan isopropanol (CHg)₂CHOH. Diantara ketiga jenis alkohol tersebut isopropil alkohol adalah yang terbanyak dipergunakan, yang dipergunakan dalam praktek adalah alkohol 70-80% (Hasdianah, 2012). Alkohol merupakan bahan alami yang dihasilkan dari proses fermentasi yang banyak ditemui dalam bentuk bir, anggur, spiritus dan sebagainya.

Dalam pembentukan alkohol melalui proses fermentasi peran mikroorganisme sangat besar dan biasanya mikroorganisme yang digunakan untuk fermentasi mempunyai beberapa syarat sebagai berikut:

-       Mempunyai kemampuan untuk memfermentasikan karbohidrat yang cocok secara cepat.

-       Bersifat membentuk flokulasi dan sedimentasi (misal sel-sel yeast selalu ada pada bagian bawah tengah fermentasi)

-       Mempunyai genetik yang stabil (tidak mudah mengalami mutasi)

-       Bersifat osmotolerans artinya mikroorganisme tersebut toleran terhadap tekanan osmosa yang tinggi

-       Toleran terhadap kadar alkohol yang tinggi (sampai dengan 14-15%)

-       Mempunyai sifat regenerasi yang cepat

Tahap-tahap proses fermentasi

1.    Pengolahan bahan baku

Pengolahan bahan baku sangat penting dalam proses pembuatan alkohol. Pengolahan ini dimaksudkan untuk mendapatkan kondisi yang optimum untuk pertumbuhan khamir dan untuk fermentasi selanjutnya. Yang perlu disesuaikan dalam pengolahan ini adalah pH, konsentrasi dalam pemakaian nutrisi.

2.    Sterilisasi bahan

Untuk mencegah adanya mikrobia kontaminan hidup selama pembibitan maupun selama fermentasi. Dilakukan sterilisasi dengan pemanasan pada suhu 75^o C. Bahan yang telah disterilkan untuk kebutuhan pembibitan dan fermentasi.

3.    Pembibitan khamir

Proses ini dimaksudkan untuk memperbanyak sel-sel khamir tersebut cukup digunakan dalam fermentasi alkohol. Pengembangan sel-sel khamir ini dapat dilakukan secara bertahap. Mula-mula dilakukan dalam jumlah kecil pada skala laboratorium. Kemudian dikembangkan lebih lanjut pada tangki-tangki secara bertahap dari tangki starter terus ke tangki induk.

4.    Fermentasi

Fermentasi dilakukan dalam tangki fermentasi dilakukan dalam tangki fermentasi, pH diatur antara 4-5. Untuk terjadinya fermentasi alkohol, maka dibutuhkan kondisi anaeorob hingga diharapkan sel-sel ragi dapat melakukan fermentsi yang mengubah gula menjadi alkohol. Pada proses fermentasi terjadi peningkatan panas, agar panas yang timbul dapat diserap maka diperlukan pendinginan untuk menjaga suhu tetap pada 30^o C selama proses fermentasi yang langsung selama 30-72 jam.

5.    Distilasi

Produk hasil fermentasi alkohol rendah (8-10 %) yang disebut bir, oleh karena itu perlu dinaikkan konsentrasinya dengan cara distilasi yaitu untuk memsahkan etanol dari campuran etanol air. Untuk larutan  yang terdiri dari komponen-komponen yang berbeda nyata suhu didihnya, maka distilasi merupakan cara yang paling mudah diopreasikannya dan cara pemisah metode thermal yang efisien. Pada tekanan atmosfir, medidih pada suhu 100^o C dan etanol mendidih oada suhu 77^o C.

6.    Media

Media adalah suatu bahan yang terdiri atas campuran nutrisi yang dipakai untuk menumbuhkan mikroba. Selain untuk menumbuhkan mikroba, media dapat pula digunakan untuk isolasi, memperbanayak, pengujian sifat-sifat fisiologi dan perhitungn jumlah mikroba. Supaya mikroba dapat tumbuh baik dalam suatu media, perlu dipenuhi syarat- syarat berikut :

-       Media harus mengandung semua nutrisi yang mudah digunakan oleh mikroba.

-       Media harus mempunyai tekanan osmose, tegangan permukaan, dan pH yang sesuai.

-       Media harus steril.

-       Media tidak mengandung penghambat (Santi, 2008).

Faktor-faktor yang mempengaruhi proses fermentasi

a.    Substrat

Pada umumnya bahan dasar yang mengandung senyawa organik terutama glukosa dan pati dapat digunakan sebagai substrat dalam proses fermentasi bioethanol

b.    Suhu

Suhu optimum bagi pertumbuhan sacharomyces cerevicae dan aktifitasnya adalah 25-35^o C. Suhu memegang peranan penting, karena secara langsung dapat mempengaruhi aktifitas sacharomyces cerevicae dan secara tidak langsung akan mempengruhi kadar bioethanol yang dihasilkan.

c.    Nutrisi

Selain sumber karbon, sacharomyces cerevicae juga memerlukan sumber nitrogen, vitamin dan mineral dalam pertumbuhannya. Pada umumnya sebagian besar sacharomyces cerevicae memerlukan vitamin seperti biotin dan thiamin yang diperlukan untuk perteumbuhannya. Beberapa mineral juga harus untuk pertumbuhan sacharomyces cerevisiae seperti phospat, kalium, sulfur dan sejumlah kecil senyawa besi dan tembaga.

d.    pH

pH pada proses fermentasi merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi kehidupan sacharomyces cerevicae. Sacharomyces cerevicae dapat tumbuh dengan baik pada kondisi pH 4-6

e.    Konsentrasi substrat

Konsentrasi substrat yang terlalu sedikit akan mengakibatkan produktifitas menurun karena menjadi Lelah dan keadaan ini memperbesar terjadinya kontaminasi. Peningkatan konsentrasi substrat akan memepecepat terjadinya fermentasi terutama bila digunakan substrat berkadar tinggi. Tetapi jika konsentrasi substrat berlebihan akan mengakibatkan hilangnya kemampuan bakteri untuk hidup sehingga tingkat kematian bakteri sangat tinggi.

f.     Waktu fermentasi

Waktu fermentasi yang bisa dilakukan 3-14 hari. Jika waktunya terlalu cepat saccharomyces cerevicae masih dalam masa pertumbuhan sehingga alkohol yang dihasilkan dalam jumlah sedikit dan jika terlalu lama saccharomyces cerevisiae akan mati maka alkohol yang dihasilkan tidak maksimal (Rahmasari dkk., 2013)

Mikroba yang sering digunakan dalam proses fermentasi adalah bakteri,khamir dan jamur. Bakteri banyak digunakan dalam fermentasi pangan dalam bentuk cair,misalnya asam asetat dan nata decoco, khamir selain digunakan dalam substrat cair, misalnya pada pembuatan bir dan wine, juga pada medium padat untuk pembuatan roti. Jamur umumnya digunakan dalam substrat cair, misalnya untuk produksi asam sitrat dan tempe, atau digunakan untuk produki jamur itu sendiri, seperti pada produksi jamur kuping, jamur tiram, jamur merang, dan sebagainya.

Macam-macam mikroba dalam proses fermentasi :

1.    Bakteri

-       Acetobacter Aceti. Bakteri ini penting dalam produksi asam asetat, yang mengoksidasi alkohol sehingga menjadi asam asetat.

-       Acetobacter xylinum. Bakteri ini digunakan dalam pembuatan nata decoco. A. Xylinum mampu mensintesis selulosa dari gula yang dikonsumsi.

-       Baccilus sp. Bacillus merupakan genus dengan kemampuan yang paling luas. Pada mulanya digunakan untuk menghasilkan enzim amilase. Namun kini berkembang untuk bioinsektisida. Bakteri ini juga digunakan untuk produksi bahan baku plastic ramah lingkungan.

-       Bividosbacterium sp. Bakteri ini bersifat anaerob dan digunakan sebagai mikrobia probiotik. Produk probiotik dari bakteri ini baisanya berbentuk padat.

-       Lacrobacillus sp. Bakteri ini cukup popular karena selain dapat digunakan dalam produsik asam laktat juga banyak berperan dalam fermentasi pangan seperti yogurt, sauerkraut dan juga produk probiotik yang saat ini banayak diminati masyarakat. Asam laktat dari bakteri ini dapat dibuat poli asam laktat sebagai bahan baku palstik ramah lingkungan.

2.    Khamir

-       Saccharomyces cerevicae, merupakan khamir yang paling popular dalam pengolahan makanan. Khamir ini telah lama digunakan dalam industri wine dan bir. Dalam bidang pangan, khamir digunakan dalam pengembangan adonan roti dan dikenal sebagai ragi roti.

-       Saccharomyces roxi, adalah khamir yang  digunakan dalam pembuatan kecap dan berkontribusi pada pembentukan aroma.

3.    Jamur

-       Aspergillus niger, jamur ini digunakan dalam pembuatan asam sitrat. Asam sitrat merupakan salah satu asam organic yang banyak digunakan dalam bidang pangan, misalnya,  pada pembuatan permen dan minuman kemasan. Jamur ini seringa mengontaminasi makanan.

-       Rhyzopus orizae. Jamur ini penting pada pembuatan tempe. Aktifitas jamur Rhizopus menjadikan nutrisi pada tempe siap dikonsumsi. Aktifitas enzim yang dihasilkan menjadikan protein terlarut meninggkat.

-       Neurospora sitophila. Jamur ini merupakan sumber beta karoten pada fermentasi tradisional. Beta karotin juga merupakan sumber warna yang cukup menarik.

-       Monuscus purpureus. Jamur ini dikalangan mikrobiologi jarang dikenal karena produk dihasilkan. Jamur ini menghasilkan pewarna alami yang umumnya digunakan pada masakan cina.

-       Penicillium sp. Jamur ini paling terkenak karena kemampuannya menghasilkan antibiotika yang disebut penisilin. Selain untuk pembuatan antibiotika, spesies yang lain juga digunakan dalam pembuatan keju khusus (Hidayat, 2006).

4.    Kapang

-       Rhizopus oligospurus yaitu suatu sepesis kapang yang bersifat proteolitik, dalam prosesnya kapang ini menghasilkan enzim amilase dan protoase yang sangat aktif sehingga dapat meningkatkan kandungan protein substrat (Saefulhadjar, 2001).

Saccharomyces cerevicae merupakan khamir sejati eukariot yang secara morfologi hanya membentuk blastospora berbentuk bulat lonjong selindris, oval atau bulat telur yang dipengaruhi oleh strainnya. Dapat berkembang biak dengan membelah diri melalui bluding sel. Reproduksinya dapat dipengaruhi oleh keadaan lingkungan serta jumlah nutrisi yang tersedia bagi pertumbuhan sel. Penampilan makroskopik mempunyai koloni berbentuk bulat, warna kuning muda, permukaan berkilau, licin, tekstur lunak dan memiliki sel bulat dengan askospora 1-8 buah.

Khamir dapat berkembang biak dalam gula sederhana seperti glukosa, maupun gula kompleks yaitu sukrosa. Selain itu untuk menjunjung kebutuhan hidup diperlukan oksigen, karbohidrat, dan nitrogen. Pada uji fermentasi gula-gula mempunyai reaksi positif pada gula dekstrosa, galaktosa, sukrosa, maltosa, raffinose, trehalosa, dan negatif  pada gula laktosa (Ahmad, 2005).

      

Gambar 7.1 Khamir Saccharomyces cerevicae