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. Produksi alkohol di Indonesia Alkohol di Indonesia dilakukan dengan jalan fermentasi dangan bahan baku molase (tetes).
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 fermentasi. 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 5055% 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 berbeda-beda 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)
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 difermentasi
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 cerevisae, 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 pembuatan alkohol 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 : C2H5OH + CO2 C6H12O6
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.
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.
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.
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.
