Proses Fermentasi Alkohol

Proses Fermentasi Alkohol - Alkohol adalah senyawa organnik yang tersusun dari atom C, H dan O dengan rumus struktur C2H5OH. Ciri khusus alkohol adalah terdapatnya gugus OH pada rantai karbon. Alkohol merupakan zat psiko aktif yang digunakan manusia, alkohol dapat diperoleh dari proses fermentasi madu, gula, sari buah dan umbi-umbian yang menghasilkan kadar alkohol tidak lebih dari 15%, setelah itu dilakukan proses penyulingan sehingga di dapat kadar alkohol yang tinggi. 

Alkohol merupakan bahan alami yang dihasilkan dari fermentasi. Fermentasi adalah suatu proses penguraian zat dari molekul kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana menggunakan fasilitas enzim pengurai, dan dihasilkan energi. Salah satu contoh alkohol adalah bioetanol yang merupakan hasil fermentasi gula dari sumber karbohidrat (pati) menggunakan bantuan mikroorganisme. Bioetanol dapat digunakan sebagai sumber energi alternatif pengganti BBM( Bahan Bakar Minyak). Alkohol dapat dihasilkan dari tanaman seperti nira, tanaman berpati contohnya ampas tebu, serat kayu dan serat nanas. 

Proses Fermentasi Alkohol

Proses pembuatan alkohol memanfaatkan bahan yang merupakan sumber glukosa untuk menjadi substrat. Substrat yang digunakan oleh mikroorganisme untuk menjadi sumber nutrisi atau makanan bagi mikroba untuk berkembang. Bahan yanng digunakan dalam pembuatan alkohol pada percobaan ini adalah beras merah, tepung terigu dan singkong rebus. Beras merah atau brown rice adalah beras yang tidak digiling atau setengah digiling, jadi bisa dikatakan whole grain atau berbutir utuh. Beras merah mempunyai rasa sedikit seperti kacang dan lebih kenyal daripada beras putih. kandungan karbohidrat beras merah 55 % dari berat bobotnya. Singkong adalah ubi pohon yang memiliki kandungan pati. Golongan karbohidrat yang dikandung oleh kedua sampel sama yaitu polisakarida yang berupa pati atau amilum yang merupakan simpanan kabohidrat dalam tumbuh-tumbuhan. Bahan-bahan ini dapat dijadikan substrat dalam pembuatan alkohol karena mengandung pati atau amilum yang dapat menghasilkan gula-gula.

Proses pembuatan alkohol dilakukan dengan penambahan ragi dan mikroba yaitu jamur Saccharomyces cerevisiae. Saccharomyces cerevisiae adalah salah satu spesies khamir yang memiliki daya konversi gula menjadi etanol sangat tinggi. Mikroba ini Saccharomyces cerevisiae memerlukan kondisi lingkungan yang cocok untuk pertumbuhannya, yaitu nutrisi sebagai sumber energi terutama gula, pH optimum 4-5, temperatur optimum 28 ºC - 30ºC serta kebutuhan akan oksigen terutama pada awal pertumbuhan. Saccharomyces cerevisiae merupakan organisme fakultatif anaerob yang dapat menggunakan baik sistem aerob maupun anaerob untuk memperoleh energi dari pemecahan glukosa. Apabila kondisi optimal dari Saccharomyces cerevisiae baik maka dapat menghasilkan alkohol dalam jumlah yang besar. Selain itu juga memiliki toleransi yang tinggi terhadap alkohol, toleransi terhadap alkohol pada variasi strain berbeda.

Pembiakan jamur Saccharomyces cerevisiae yaitu pada medium PDA (Potato Dextrosa Agar). Medium PDA memiliki komposisi berupa karbohidrat yaitu kentang yang merupakan nutrient yang diperlukan untuk menumbuhkan jamur atau khamir, setelah itu di inkubasi selama 2x24 jam pada suhu 25°C atau suhu ruang yang merupakan suhu optimum untuk pertumbuhan jamur. Selanjutnya dibuat suspensi jamur Saccharomyces cerevisiae dengan konsentrasi 1:1, karena pada konsentrasi ini diharapkan semakin banyak aktivitas enzim yang dihasilkan dan proses fermentasi dapat berjalan maksimal. Suspensi jamur dibuat dengan menambahkan NaCl 0,9% ke dalam biakan jamur. Penambahan NaCl 0,9% berfungsi menjaga sel mikroba dalam keadaan isotonis sehingga tetap terjaga pertumbuhannya. Jika mikroba dalam keadaan hipotonis maka sel mikroba akan pecah atau lisis sedangkan pada keadaan hipertonis sel mikroba akan mengkerut sehingga mempengaruhi proses fermentasi untuk pembuatan alkohol.

Mikroorganisme dari kelompok jamur dipilih karena dapat menghasilkan enzim-enzim amilolitik yaitu enzim amilase yang akan mengubah amilosa menjadi gula-gula yang lebih sederhana. Jamur yang dipilih adalah jamur Saccharomyces cerevisiae karena merupakan salah satu spesies jamur yang memiliki daya konversi gula menjadi etanol yang sangat tinggi. Jamur Saccharomyces cereviceae dalam keadaan aerobik akan mengubah asam piruvat menjadi energi tinggi, CO2 dan H2O. Sedangkan dalam keadaan anaerobik (kekurangan oksigen), Saccharomyces cerevisiae akan melakukan proses fermentasi, asam piruvat akan diubah menjadi asam asetat dan CO2. Selanjutnya asam asetat diubah menjadi alkohol. Proses perubahan asam asetat menjadi alkohol tersebut diikuti pula dengan perubahan NADH menjadi NAD+.

Percobaan pertama pembuatan alkohol yaitu dengan menggunakan singkong sebagai bahan yang akan difermentasi. Singkong memiliki kandungan karbohidrat yang dapat dipecah menjadi gula sederhana oleh enzim amilase yang dihasilkan oleh mikroorganisme dalam proses fermentasi yang kemudian akan diubah menjadi alkohol. Mekanisme pemecahan pati menjadi gula – gula sederhana yaitu melalui proses hidrolisis yaitu pemutusan ikatan glikosidik dari karbohidrat yang menghubungkan antara gula satu dengan gula lain oleh enzim amilase yang dibantu oleh air sehingga menghasilkan gula – gula sederhana kemudian gula tersebut diglikolisis menjadi asam piruvat . Kemudian asam piruvat diubah menjadi etanol dalam dua langkah. Langkah pertama menghidrolisis asam piruvat dengan molekul air sehingga melepaskan karbondioksida dari piruvat dan mengubahnya menjadi asetaldehida berkarbon dua. Dalam langkah kedua, asetaldehida direduksi oleh NADH menjadi etanol sehingga meregenerasi pasokan NAD+ yang dibutuhkan untuk glikolisis. Sacharomoces cerevisae yang mempunyai daya konversi gula yang sangat tinggi karena menghasilkan enzim zimase dan intervase. Enzim zimase berfungsi sebagai pemacu perubahan sukrosa menjadi monosakarida (glukosa dan fruktosa), sedangkan enzim intervase mengubah glukosa menjadi alkohol. 

Tahap proses fermentasi alkohol

Pertama, dimasukkan singkong rebus kedalam fermentor kemudian ditambahkan ragi atau khamir. Ragi adalah mikroorganisme, yang aktif dengan adanya gula dan air tetapi akan mati jika di dalam suhu yang sangat panas. Ragi inilah yang menghasilkan enzim yang berfungsi dalam pembuatan alkohol. menurut Astawan (2004),pengukusan singkong dilakukan agar didapatkan tekstur yang baik pada tape yaitu agak lunak. Pada proses fermentasi semakin lama fermentasi yang dilakukan maka mikroorganisme yang berkembang akan semakin banyak sehingga yang mendegradasi pati menjadi dekstrin dan gula juga semakin banyak, maka tape semakin lembek bahkan berair. Kemudian singkong rebus hasil penambahan ragi disimpan dan ditutup rapat kemudian dibiarkan dan ditunggu hingga tujuh hari. Penutupan fermentor secara rapat dimaksudkan agar tidak ada oksigen yang masuk sehingga terjadi kondisi anarob untuk menghasilkan kadar alkohol yang tinggi. Menurut Zubaidah ( 2010 ), kadar alkohol yang tinggi menunjukkan kondisi yang terbaik adalah kondisi fermentasi anaerob. Hal ini disebabkan pada kondisi anaerob, khamir mengubah gula menjadi alkohol dan CO2 dan kadar alkohol terendah yaitu pada kondisi aerob. Hal ini diduga pada kondisi aerob Saccharomyces cerevisiae akan melakukan respirasi yang akan menghasilkan CO2 dan H2O. Selain itu diduga dalam keadaan aerob Saccharomyces cerevisiae selain menghasilkan sel-sel baru, sebagian khamir juga dapat merombak gula menjadi alkohol. Berdasarkan hasil pengamatan sampel singkong dengan penambahan ragi positif berhasil membentuk alkohol dari bau, sensasi dingin, serta terdapat gelembung. Gelembung yang terbentuk menandakan terbentuknya CO2 hasil pengubahan asam piruvat yang menghasilkan alkohol dan CO2.

Langkah kedua yaitu pembuatan alkohol dengan menggunakan beras merah yang dimana beras merah di tambahkan dengan air perbandingan 1:4 kemudian ditambahkan pupuk ZA dan NPK sebagai sumber nitrogen bagi mikroorganisme. Kemudian diatur pH sekitar 4-5 untuk menurunkan pH digunakan asam asetat sampai pH turun 4,5 kemudian di tambahkan suspensi jamur yang akan bekerja dalam proses fermentasi dan setelah itu ditutup dengan toples dan dibuat lubang selang pada toples yang dihubungkan dengan posisi lebih rendah dari wadah penampung alkohol sehingga alkohol yang terbentuk akan turun kedalam wadah tanpa harus disaring hal ini dapat terjadi karena tekanan aktivitas enzim di dalam linkungan anaerob sehingga menyebabkan uap akan berpindah ke wadah yang lebih rendah.

Langkah ketiga yaitu pembuatan alkohol dengan menggunakan singkong rebus yang dimana di tambahkan dengan air perbandingan 1:4 kemudian ditambahkan pupuk ZA dan NPK sebagai sumber nitrogen bagi mikroorganisme. Kemudian diatur pH sekitar 4-5, maka untuk menurunkan pH digunakan asam asetat sampai pH turun 4,5 kemudian di tambahkan suspensi jamur Saccharomyces cerevisiae yang akan bekerja dalam proses fermentasi dan setelah itu ditutup dengan toples dan dibuat lubang selang pada toples yang dihubungkan dengan posisi lebih rendah wadah penampung alkohol sehingga alkohol yang terbentuk akan turun kedalam wadah tanpa harus disaring hal ini dapat terjadi karena tekanan aktivitas enzim amilase di dalam linkungan anaerob sehingga menyebabkan uap akan berpindah kewadah yang lebih rendah.

Langkah keempat yaitu pembuatan alkohol dengan menggunakan tepung terigu yang dimana di tambahkan dengan air perbandingan 1:4 kemudian ditambahkan pupuk ZA dan NPK sebagai sumber nitrogen bagi mikroorganisme. Kemudian diatur pH sekitar 4-5, maka untuk menurunkan pH digunakan asam asetat sampai pH turun menjadi 4,5 kemudian di tambahkan suspensi jamur Saccharomyces cerevisiae yang akan bekerja dalam proses fermentasi dan setelah itu ditutup dengan toples dan dibuat lubang selang pada toples yang dihubungkan dengan posisi lebih rendah wadah penampung alkohol sehingga alkohol yang terbentuk akan turun kedalam wadah tanpa harus disaring hal ini dapat terjadi karena tekanan aktivitas enzim di dalam linkungan anaerob sehingga menyebabkan uap akan berpindah kewadah yang lebih rendah.

Pengamatan yang dilakukan adalah pengamatan organoleptik yang memiliki bau, sensasi dingin dan gelembung yang terbentuk. Hasil bau produk alkohol dikatakan berhasil jika menghasilkanbau khas alkohol. Hasil sensasi dikatakan berhasil jika larutan yang terbentuk memberi sensasi dingin. Sedangkan hasil gelembung dikatakan berhasil jika terbentuk gelembung udara. Gelembung udara dapat timbul karena reaksi perubahan asam piruvat menjadi alkohol dan CO2 yang membentuk gas.

Faktor-faktor yang mempengaruhi proses fermentasi 
untukmenghasilkan etanol adalah sumber karbon, kandungan gas karbondioksida, pH substrat, nutrien, temperatur, dan oksigen. PH dari media sangat mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme. Untuk pertumbuhannya, Saccharomyces cerevisiae memerlukan energi yang berasal dari karbon. Glukosa adalah substrat yang lebih disukai. Oleh karenanya konsentrasi gula sangat mempengaruhi kuantitas alkohol yang dihasilkan. Kandungan gas karbondioksida sebesar 15 g/L (kira-kira 7,2 atm) akan menyebabkan terhentinya pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae, tetapi tidak menghentikan fermentasi alkohol. Pada tekanan lebih besar dari 30 atm, fermentasi alkohol baru terhenti sama sekali. Setiap mikroorganisme mempunyai pH minimal, maksimal, dan optimal untuk pertumbuhannya. Untuk Saccharomyces cerevisiae, pH optimal untuk pertumbuhannya ialah berkisar antara 4,0 sampai 5,0. Pada pH 3,0 atau lebih rendah lagi fermentasi alkohol akan berjalan dengan lambat. Dalam pertumbuhannya mikroba memerlukan nutrient. Nutrien yang dibutuhkan digolongkan menjadi dua yaitu nutrien makro dan nutrien mikro. Nutrien makro meliputi unsur C (karbon), N(nitrogen), P (pospor), K (kalium). Unsur C (karbon) didapat dari substrat yang mengandung karbohidrat, unsur N (nitrogen) didapat dari penambahan urea, sedang unsur P (pospor) dan K (kalium) dari pupuk NPK . Mikroorganisme mempunyai temperatur maksimal, optimal, dan minimal untuk pertumbuhannya. Temperatur optimal untuk Saccharomyces cerevisiae berkisar antara 28 - 30 oC dan temperatur maksimal antara 35-47 oC. Temperatur selama fermentasi perlu mendapatkan perhatian, karena di samping temperatur mempunyai efek yang langsung terhadap pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae juga mempengaruhi komposisi produk akhir. Pada temperatur yang terlalu tinggi akan menonaktifkan Saccharomyces cerevisiae. Pada temperatur yang terlalu rendah Saccharomyces cerevisiae akan menjadi tidak aktif.

Manfaat alkohol dalam bidang farmasi adalah Sebagai pelarut senyawa organik, desinfektan, sebagai pereaksi, spirtus (alkohol yang didenaturasi), dan memiliki daya adstringen (mengecilkan pori – pori kulit) sehingga digunakan dalam lotion anti-keringat.