KARYA ILMIAH PRODUKSI ALKOHOL
OLEH ANGGARA (30110810) 1DB13
I. PENDAHULUAN
Produksi alkohol dari biomassa, telah dilakukan orang sekurang-kurangnya
sudah 2.000 tahun. Dengan adanya kendraaan mobil dalam skala komersial pada
akhir abad yang lampau, alkohol digunakan pula sebagai bahan bakar. Setelah
banyaknya ditemukan sumber bahan bakar minyak, maka pengunaan alkohol
menjadi berkurang. Dengan meningkatnya harga bahan bakar minyak, maka alkohol
menjadi penting lagi.
Pengunaan alkohol antara lain :
1. Sebagai minuman
2. Sebagai bahan kimia dan pelarut
3. Sebagai bahan bakar motor
4. Dalam bidang farmasi
II. PRODUKSI ALKOHOL
2.1. Produksi Alkohol Dunia
Produksi dunia etanol dalam tahun 1977 diperkirakan sebanyak 3 juta ton,
dimana 1,4 juta ton (48%) diproduksi dengan cara sintetis, dan 1,6 juta ton (58%)
dengan cara produksi etanol di negara-negara utama dinyatakan pada tabel di
bawah ini.
Tabel 1. Perkiraan Produksi Alkohol, 1977 (x 1000ton)
NO Negeri Sintetis Fermentasi Jumlah Proporsi dari etanol
sintetis dengan
fermentasi
1. Amerika 588 42 630 93/7
2. Kanada 168 - 168 Mendekati 100
3. Inggris 215 39 254 85/15
4. Prancis 95 226 321 30/70
5. Jerman 101 82 183 55/45
6. Lain-lain
negara
Eropa
- 214 214 -
7. Jepang 80 110 190 42/58
8. India 4 340 344 1/99
9. Brazil - 525 525 Mendekati 0
10. Eropa Timur 85 - 85 -
11. Lain-lain 100 - 100 -
12. Jumlah 1.436 1.578 3.014 48/52
2.2. Produksi alkohol di Indonesia
Alkohol di Indonesia dilakukan dengan jalan fermentasi dangan bahan baku
molase (tetes). Produksi alkohol dari molase dalam tahun 1980 dapat dilihat pada
tabel berikut.
Tabel 2. Produksi alkohol dari molasi dalam tahun 1980 (dalam 106 L)
Produksi
No. Pabrik Kapasitas Lokal Ekspor Jumlah
1. P.S.Paliman/XIV (Jawa) 4,5 3,5 - 3,5
2. P.S.Comal/XV (Jawa) 6,98 3,5 - 3,5
3. P.S.Jatiroto/XXIV-XXV (Jawa)
4,0 4,0 - 4,0
4. P.S.Madikusumo 4,0 3,5 - 4,0
5. P.S.Padaharja (Jawa) 2,0 1,5 - 1,5
6. P.S.Madusan (Jawa) 4,0 3,5 - 3,5
7. P.S.Water/ASBAB (Jawa) 16,0 2,6 12,0 14,6
8. P.S.PermataSakti
(Sumatera) 5,0 4,5 - 4,5
9. P.S.Basis Induia (Sulawesi) 4,0 3,0 - 3,0
10. P.S.Air Mata Ibu - 0,9 - 0,9
2.3. Produksi alkohol dengan cara fermentasi
2.3.1. Bahan baku bagi produksi alkohol
Industri kimia dengan proses fermentasi bisa dikatakan mempunyai
fleksibilitas tinggi terhadap bahan bakunya. Terdapat banyak variasi bahan baku
yang dapat digunakan dalam industri fermntasi. Dan hampir semuanya, bahan baku
untuk proses fermentasi, baik secara langsung maupun tidak langsung menggunakan
hasil pertanian seperti : tebu, jagung, kentang dan lain-lain
Produksi etanol dengan cara fermentasi bisa diproduksi dari 3 macam
karbohidrat, yaitu :
1. Bahan-bahan yang mengandung gula atau disebut juga substansi sakharin
yang rasanya manis, seperti misalnya gula tebu, gula bit, molase (tetes),
macam-macam sari buah-buahan dan lain-lain. Molase mengandung 50-
55% gula yang dapat difermentasi, yang terdiri dari atas 69% sakhrosa dan
30% gula inversi.
2. Bahan yang mengandung pati misalnya: padi-padian, jagung, gandum,
kentang sorgum, malt, barlrey, ubi kayu dan lain-lain.
3. Bahan-bahan yang mengandung selulosa, misalnya: kayu, cairan buangan
pabrik pulp dan kertas (waste sulfire liquor)
4. Gas-gas hidrokarbon
Sumber-sumbrer bahan ini pada negar-negara penghasil alkohol berbedabeda
tergantung pada banyaknya bahan-bahan yang dapat diperoleh di negerinegeri
itu, misalnya :
Jerman : bahan dasar kentang
Prancis : bahan dasar gula bit
Swedia : bahan dasar sulfat pulp
Indonesia : bahan dasar molase (tetes)
2.3.2. Substansi saknarin sebagai bahan baku
Pada umumnya sebagai media untuk produksi alkohol secara komersial pada
industri fermentasi alkohol di Indonesia dipakai tetas (molase) yang bisa didapatkan
secara luas dan murah. Tetes merupakan hasil samping dari industri gula yang
didapatkan setelah sakhorasanya dikritalisasai dan disentrifusi dari sari gula dan
tebu.
Proses penguapan dan pengkristalan ini biasanya dilakukan tiga kali sampai
tetes tidak lagi ekonomis untuk diperoleh. Sisa tetes/cairan dikenal sebagai “black
staf molase” yang merupakan campuran kompleks yang mengandung sakhrosa, gula
invert, garam-garam dan bahan-bahan non gula. Di samping sakhrosa, glukosa dan
fluktosa yang dapat difermentasi, molase juga mengandung substansi-substansi
pereduksi yang tidak dapat difermentasi. Bahan-bahan ini antara lain karamel yang
terjadi karena pemanasan gula, melanodin yang mengandung nitrogen dan terdapat
pula hidroksi metil furfural, asam fominat dan lain-lain. Bahan yang tidak dapat
difermentasi ini bisa mencapai 17% dalam black strap molasse, dan sebesar 5%
dalam high test molase. Tetes bersifat asam, mempunyai pH 5,5-0,5 yang
disebabkan olah adanya asam-asam organik bebas.
Kualitas tetes yang dihasilkan dari suatu industri gula dipengaruhi oleh cara
pembersihan nirsnya. Bila kurang sempurna, maka kotoran banyaki terdapat dalam
tetes. Warna tetes umumnya coklat kemerahan. Hal ini disebabakan antara lain
pigmen maladonin, degradasi thermal dan kimiawi dari komponen-komponen selain
gula.
2.3.3. Mikroba Fermentasi
Dalam proses fermentasi alkohol digunakan ragi. Ragi ini dapat mengubah
glukosa menjadi alkohol dan gas CO2. Ragi merupakan mikroorganisme bersel satu,
tidak berklorofil dan termasuk golongan eumycetes. Dari golongan ini dikenal
beberapa jenis, antara lain Saccharomyces anamenesis, Schizosaccharomyces
pombe dan Saccharomyces cereviside. Masing-masing mempunyai kemampuan
memproduksi alkohol yang berbeda.
Syarat-syarat yang dipergunakan dalam memilih ragi untuk fermentasi, adalah :
! Cepat berkembang biak
! Tahan terhadap alkohol tinggi
! Tahan terhadap suhu tinggi
! Mempunyai sifat yang stabil
! Cepat mengadakan adaptasi terhadap media yang difermentas
Untuk memperoleh jenis ragi yang mempunyai sifat-sifat seperti di atas, harus
dilakukan percobaan-percobaan di laboratorium dengan teliti. Pada umumnya ragi
yang dipakai untuk pembuatan alakohol adalah jenis Saccharomyces cerevisalae,
yang mempunyai pertumbuhan sempurna pada suhu + 300 C dan pH 4,8.
Ragi menurut kegiatan selama fermensi terbatas atas dua bagian, yaitu :
− Tup yeast (ragi atas)
Ragi yang aktif pada permukaan atas media, yang menghasilkan ethanol dan
CO2 dengan segera. Jenis ini biasanya dijumpai pada industri alcohol dan anggur.
− Botton Yeast (ragi bawah)
Yeast yang aktif pada bagian bawah. Biasanya industri penghasil bir yang
menggunakan ragi bawah ini yang menghasilkan ethanol sedikit dan
membutuhkan waktu yang lama untuk kesempurnaan fermentasi.
Dalam kondisi yang normal, top yeast cenderung untuk berokulasi dan
memisahkan diri dari larutan, ketika fermentasi berjalan sudah sempurna. Starin ragi
yang bervariasi itu berbeda dalam kemampuan berfokulasi.
2.4. Faktor-faktor yang mempengaruhi kehidupan ragi
a. Nutrisi (zat gizi)
Dalam kegiatannya ragi memerlukan penambahan nutrisi untuk pertumbuhan
dan perkembanbiakan, misalnya :
- Unsur c : ada pada karbohidrat
- Unsur N : dengan penambahan pupuk yang mengandung nitrogen, ZA, Urea,
Anomia, Pepton dan sebagainya.
- Unsur P : penambahan pupuk fospat dari NPK, TSP, DSp dan lain-lain.
- Mineral-mineral
- Vitamin-vitamin
b. Keasaman (pH)
Untuk fermentasi alkoholis, ragi memerlukan media suasana asam, yaitu antara
pH 4,8– 5,0. Pengaturan pH dilakukan penambahan asam sulfat jika substratnya
alkalis atau natrium bikabonat jika substratnya asam.
c. Temperatur
Temperature optimum untuk dan pengembangbiakan adalah 28 – 300C pada
waktu fermentasi, terjadi kenaikan panas, karena ekstrem. Untuk mencegah agar
suhu fermentasi tidak naik, perlu pendinginan supaya suhu dipertahankan tetap
28-300C.
d. Udara
Fermentasi alcohol berlansung secara anaerobic (tanpa udara). Namun demikian,
udara diperlukan pada proses pembibitan sebelum fermentasi, untuk
pengembangbiakan ragi sel.
2.5. Proses Pembuatan Alkohol dari Tetes
Proses pembuatanlakohol secara industri tergantung bakunya. Bahan yang
mengandung gula biasanya tidak atau sedikit saja memerlukan pengolahan
pendahuluan. Tetapi bahan-bahan yangmengandung pati atau seluloda harus
dihidrolisa terlebih dahulu menjadi gula yang dapat menjadi gula yang dapat
difermentasikan.
Pada prinsipnya reaksi dalam proses pembuatan alcohol dengan fermentasi
adalah sebagai berikut :
C6H12O6 C2H5OH + CO2
Jika digunakan disakhaarida seperti sakhorosa reaksinya adalah sebagai berukut :
- Reaksi hidrolisa :
Invertasa
C12H22O11 + H2O 2C6H12O6
Sakhrosa Monosakharida
( Glukosa dan fruktosa)
- Reaksi fermentasi
zimasa
C6H12O6 2C2H5 2CO2
Sakhrosa Alkohol Gas karbon dioksida
Proses fermentasi dari tetes yang meliputi sederhana banyak dikerjakan
secara industri. Pada pokoknya, proses ini meliputi pengenceran tetes,
pengembangbiakan (peragian) ragi, fermentasidan distilasi. Tiap ton produksi
mengahasilkan lebih kurang 190 liter molase. Rata-rata molase mengandung 50 –
55% gula yang dapat difermentasi (terutama sakhrosa (70%(, glukosa dan fluktosa
(30%)). Tipa ton molase dapat menghasilakan 280 liter alcohol.
2.5.1. Tahap –tahap Proses
Pada prinsipnya pembuatan alcohol terbagi dalam tahap–tahap proses
sebagai berikut :
1. Pengolahan Tetes
Pengolahan tetes merupakan hal yang penting dalam pembuatan alcohol.
Pengolahan ini dimaksudkan untuk mendapatkan kondisi yangoptimumkan untuk
pertumbuhan ragi dan untuk selanjutnya. Yang perlu disesuaikan dalam
pengolahan ini adalah pH, konsentrasi gula dan pemakaian nutrisi.
Tetes yan dihadapkan dari pabrik gula biasanya masih terlalu paket (850 Brix),
oleh karena itu perlu diadakan pengenceran lebih dahulu untuk mendapatkan
kadar gula yang optimum (120 Brix untuk pembibitan dan 240 Brix pada
fermentasi).
Pengaturan pH diatur dengan penambahan asam H2SO4 hingga dicapai pH 4 – 5.
Meskipun tetes cukup mengandung zat sumber nitrogen namun seperti
ammonium sulfat atau ammonium fosfat.
2. Sterilisasikan tetes
Untuk mencegah adanya mikroba kontamin hidup pembibitan maupun selama
fermentasi, tetes dipasteurisasikan dengan pemanasan memakai uap pada suhu
sekitar 750C, kemudian diingikan selama 1 jam sampai suhu 300C.
Tetes yang telah banyak sedikit sterisl ini siap dipaki untuk kebutuhan dalam
pembibitan atau fermentasikan.
3. Pengembangbiakan (Pembibitan) ragi
Proses ini dimaksudkan untuk memperbanyak sel – sel ragi supaya sejumlah sel
ragi banyak sebelum digunakan dalam fermentasi alcohol. Ragi yang digunakan
pada fermentasi alcohol sel ragi ini tidak dapat dilakukan secara langsung, tetapi
harus dilakukan secara bertahap dengan maksud untuk adaptasi dengan
lingkungan.
Mula – mula dilakukan dalam jumlah kecil pada skala laboratorium, kemudian
dikembangkan lebih lanjut dalam tangki induk pembibitan. Tangki-tangki
tersebut dilengkapi dengan cooler dengan aerobic dengan erasi udara. Tangkitangki
tersebut dilengkapi dengan cooler dengan maksud untuk pengaturan suhu
28 – 300 selama diinkubasi.
4. Fermentasi
Fermentasi dilakukan dalam tangki fermentasi. Fermentasi dilakukan pada
kepekatan tetes baru. pH diatur menjadi 4 – 5.
Untuk terjadinya fermentasi alcohol, maka dibutuhkan kondisi anaerob hingga
diharapkan sel ragi dapat melakukan peragian yang akan mengubah tetes yang
mengandung gula menjadi alcohol. Pada proses fermentasi ini dapat diserap,
maka diperlukan pendinginan untuk menjada temperature tetap pada ± 300C
selama proses fermentasi yang berlangsung selama 30 – 40 jam.
Gas CO2 yang terjadi dalam tangki fermentasi ditampung menjadi satu untuk
kemudian direcovery. Alcohol yang ikut aliran gas CO2 dipisahkan dengan jalan
ditangkap oleh air yaitu adanya water scrubber yang diletakkan diatas tangki.
Pada akhir fermentasi, kadar alcohol berkisar antara 8 – 10% volume. Hasil
fermentasi ini dialirkan ke bak penampung, kemudian dipompa ke bagian
distilasi. Cairan hasil fermentasi disebut bir (“beer”).
5. Distilasi
Produk hasil fermentasi mengandung alkohol yang rendah, disebut bir (beer)
dan sebab itu perlu di naikkan konsentrasinya dengan jalan distilasi bertingkat.
Beer mengandung 8 – 10% alkohol.
Maksud dan proses distilasi adalah untuk memisahkan etanol dari campuran
etanol air. Untuk larutan yang terdiri dari komponen-komponen yang berbeda
nyata suhu didihnya, distilasi merupakan cara yang paling mudah dioperasikan
dan juga merupakan cara pemisahan yang secara thermal adalah efisien.
Pada tekanan atmosfir, air mendidih pada 1000C dan etanol mendidih pada
sekitar 770C. perbedaan dalam titik didih inilah yang memungkinkan pemisahan
campuran etanol air.
Prinsip : Jika larutan campuran etanol air dipanaskan, maka akan lebih banyak
molekul etanol menguap dari pada air. Jika uap-uap ini didinginkan
(dikondensasi), maka konsentrasi etanol dalam cairan yang dikondensasikan itu
akan lebih tinggi dari pada dalam larutan aslinya. Jika kondensat ini dipanaskan
lagi dan kemudian dikondensasikan, maka konsentrasi etanol akan lebih tinggi
lagi. Proses ini biasdiulangi terus, sampai sebagian besar dari etanol
dikonsentrasikan dalam suatu fasa. Namun hal ini ada batasnya. Pada larutan
96% etanol, didapatkan suatu campuran dengan titik didih yang sama
(azeotrop). Pada keadaan ini, jika larutan 96% alkohol ini dipanaskan, maka
rasio molekul air dan etanol dalam kondensat akan teap konstan sama. Jika
dengan cara distilasi ini, alcohol tidak bias lebih pekat dari 96%.
Cara distilasi
Untuk memisahkan alkohol dari campuran dan meningkatkan kadar alkohol,
beer perlu didistilasi.
Pada prinsipnya unit distilasi mempunyai 3 jenis kolom, yaitu :
− Kolom “beer” (beer still)
− Kolom “rektifikasi” (rectifying column)
− Kolom pemurnian (purifying column)
Kolom Beer
Dari bak penampung, “beer” dengan kadar alkohol 8–10% dipompakan
ke dalam kolom “beer” melalui alat penukar panas (heat exchanger). Di dalam
alat ini “beer” akan mengalami pemanasan karena adanya perpindahan panas.
Didalam kolom “beer” alkohol dan zat yang mudah menguap lainnya akan dari
cairan yang mempunyai titik didih tinggi. Cairan ini merupakan campuran air dan
bahan-bahan bergula yang tidak terfermentasi. Cairan ini merupakan limbah
yang disebut “stillage” atau “vinasse panas”. Kemudian cairan ini dialirkan dari
bagian bawah kolom melalui alat penukar panas dengan suhu tertentu untuk
selanjutnya dibuang. Stillage ini mengandung protein–protein, sisa–sisa gula,
dan dalam keadaan tertentu juga produk–prroduk vitamin. Baik untuk makan
ternak.
Kolom rektifikasi
“Kolom pemurnian” (purirying column) berfungsi untuk mempertinggi
kualitas alkohol yang dihasilkan. Di dalam kolom ini alkohol dipisahkan dari
aldehida dan zat yang mudah menguap lainnya hingga diperoleh alcohol 96%
yang biasa dikenal sebagai alkohol teknis. Dalam kondisi ini alkohol absolute
harus dilakukan proses dehidrasi di dalam “dehydrating still” dengan
penambahan larutan ketiga sebagai pengikat air yang ada dalam campuran
azeotrop tersebut.
Diagram alir proses pembuatan alkohol dapat dilihat pada gambar berikut :
Minuman beralkohol
Minuman beralkohol yang dibuat dengan fermentasi dapat dibagi dalam 3
(tiga ) tipe :
1. Tipe “mead” yang menggunakan bahan baku madu atau cairan tumbuh–
tumbuhan, seperti cairan (lobong) pohon enau.
2. Tipe anggur (rome) dari sari buah–buahan, dan
3. Tipe bir dengan bahan baku zat pati yang berasal dari biji-bijian.
2.6. Bir
Kita kenal 3 istilah untuk minuman yang disebut bir, ialah: bir, ale dan
stout.
1. Bir adalah minuman yang fermentasi dengan menggunakan ragi bawah (bottom
fermenting yeast);
2. Ale adalah bir yang difermentasi dengan menggunakan ragi atas (top
fermenting yeast);
3. Stout ialah bir yang difermentasi dengan ragi atas seperti ale, namun bahan
baku yang digunakan hanya malt saja, tanpa tambahan sumber pati lain seperti
jagung, dan produknya berwarna kehitam–hitaman.
2.6.1. Bahan baku
1. Malt
Malt berasal dari biji barley (hordenun sativum) yang telah dikecambahkan
selama beberapa hari dan kemudian dikeringkan untuk menghentikan
pertumbuhan selanjutnya, proses keseluruhan dari biji barley hingga malt
dinamakan malting.
2. Hop
Bunga hop berasal dari bunga betina dua spesies humulus, Humulus lupulus L
dan humulus Japanicus. Bunga hop terdiri atas (1) stipular bract yang tidak
berguna dan (II) biji bracteole yang melekat pada tangkai utama.
3. Air
4. Bahan baku pati tambahan
Ragi
Ragi yang digunakan untuk fermentasi alkohol alkohol adalah Saccharomyces
cerevisiae.
2.6.2. Proses produksi bir
1. Poses pertama adalah “mashing”. Tujuan dari mashing adalah untuk melarutkan
sebanyak mungkin zat-zat dari malt dan sumber zat pati lain dengan cara
hidrolisa dari zat pati dan polisakharida, dan juga menghidrolisa protein. Caranya
ialah mula – mula dengan mencapurkan sejumlah air pada malt yang telah
digiling dan kemudian ditambahkan sumber zat pati lain. Kemudian suhu
dinaikkan sampai 65 – 700C dan membiarkan enzim-enzim amilasa (diatas) dari
malt menghidrolisa zat pati menjadi gula - gula yang larut dan dekstrin. Proses
pengubahan zat pati menjadi gula disebut sakharifikasi.
Enzim protease protein menjadi molekul-molekul yang sederhana dan larut.
Waktu masing ini ± 1 jam. Kemudian suhu ditingkatkan lagi sampai 750C untuk
menginaktilasi enzim. Material yang tidak larut mengendap.
2. Proses pemisahan. Pemisahan material yang tidak larut dari cairan yang terlarut
(yang disebut wart) biasa dilakukan dengan tangkai penyaring yang disebut
“lautertub”. Kemudian ditambahkan hop pada wort dan didihkan selama ± 2,5
jam dan kemudian difiltrasi untuk memisahkan endapan–endapan albumin,
resin–resin hop, protein.
3. Pendidihan wort. Pendidihan wort dimaksudkan untuk : 1). Mengentalkan wort–
wort; 2). Sterilisasi; 3). Inaktifasi enzim; 4). Ekstraksi substans yang larut dari
hop 5). Koagulasi protein dan lain – lain substansi; 6). Karamelisasi gula sedikit.
Substansi–ubstansi ekstrak dari hop adalah zat – zat yang pahit, dan resin yang
menyebabkan cita rasa khas dari bir.
4. Fermentasi. Ragi–ragi yang digunakan dalam fermentasi bir adalah spesies
saccharomyces cerevisiae, termasuk straim – straim ragi bawah dan atas.
Perbedaan ragi atas dan bawah ini tergantung apakah ragi – ragi itu berpindah
ke bagian atas tangki atau mengendap ke bawah tangki pada waktu periode
fermentasi aktif. Untuk produksi bir biasa digunakan ragi bawah. Fermentasi
dari wort dilakukan pada suhu 3,3 – 140C. Fermentasi berakhir pada waktu 8 –
14 hari. PH fermentasi adalah 5.0 - 5.4. pH yang rendah ini akan menghalangi
pertumbuhan mikroba lain yang tidak dikehendaki. Setelah fermentasi jadi
alkohol dan CO2, pH akan turun lagi menjadi 4.2 – 4.8. Pada proses fermentasi
terjadilah pemecahan gula menjadi alkohol dan CO2, ditambah sedikit gliserol
dan asam asetat.
C6H12O6 C2H5OH + CO2 + E
Reaksi ini adalah eksoterm
Fermentasi utama berlangsung 4 hari. Wort yang telah mengalami fermentasi ini
disebut “bir muda”.
Pematangan
Bir muda ini kemudian dimatangkan (aging) dalam bejana – bejana pada
suhu sekitar O0C selama beberapa minggu sampai beberapa bulan. Selama periode
ini, terjadi rada dan aroma yang disebabkan oleh timbulnya ester – ester.
Setelah pematangan, dilakukan penyaringan dan pembotolan serta
pasteurisasi.
III. KESIMPULAN
Pembuatan alkohol dapat dilakukan dengan berbagai proses, antara lain
produksi alkohol dengan cara fermentasi dan proses pembuatan alkohol dengan
cara fermentasi dan proses pembuatan alkohol dari tetes. Adapun proses
pembuatan alkohol tergantung pada bahan baku yang dipakai. Pada proses
pembuatan alkohol dengan cara fermentasi bisa diproduksi dari 3 macam
karbohidrat yaitu :
1. Bahan–bahan yang mengandung gula atau disebut juga substansi sakharin yang
rasanya manis.
2. Bahan yang mengandung pati
3. Bahan yang mengandung selulosa
4. Gas–gas hidrokarbon
Sedangkan proses pembuatan alkohol dari tetes dengan bahan yang
mengandung gula.
SELESAI
Tidak ada komentar:
Posting Komentar