Mekanisme Proses Pembuatan Alkohol dari Singkong

Prinsip pembuatan etanol (alkohol) yaitu mengubah pati (karbohidrat kompleks) yang terkandung dalam singkong menjadi gula sederhana, lalu memfermentasi gula tersebut dengan ragi (Saccharomyces cerevisiae) untuk menghasilkan etanol dan karbon dioksida.

Tahapan Proses Pembuatan Alkohol dari Singkong

Proses ini dapat dibagi menjadi 4 tahap utama:

1. Persiapan Bahan Baku
2. Hidrolisis Pati (Likuifikasi dan Sakarifikasi)
3. Fermentasi
4. Pemurnian (Destilasi dan Dehidrasi)

1. Persiapan Bahan Baku

Bahan Baku: Singkong segar (baik yang jenis manis maupun pahit).

Tujuan: Memperbesar luas permukaan singkong agar proses ekstraksi pati lebih efisien.

Proses Nyata:

• Pencucian:
  Singkong dicuci bersih dengan air untuk menghilangkan kotoran, tanah, dan kontaminan lainnya.
• Pengupasan:
  Kulit singkong dikupas secara mekanis.
• Penghalusan/Pengecilan Ukuran:
  Singkong dipotong-potong kecil atau digiling menggunakan mesin penghancur hingga menjadi bubur atau potongan kecil-kering. Potongan kecil singkong sering digunakan karena lebih tahan lama disimpan.

2. Hidrolisis Pati (Likuifikasi dan Sakarifikasi)

Tahap ini adalah kunci untuk mengubah pati yang tidak dapat difermentasi menjadi gula yang dapat difermentasi.

Tujuan: Memecah molekul pati (polimer glukosa) menjadi glukosa (gula tunggal).

Proses Nyata:

• Pencampuran (Mixing):
  Bubur atau potongan kecil singkong dicampur dengan air pada suhu sekitar 50-60 °C dalam tangki besar (bioreaktor). Perbandingan air dan bahan disesuaikan untuk mendapatkan campuran cairan dan padatan yang tidak terlalu kental.
• Likuifikasi (Pencairan):
  • Slurry dipanaskan hingga suhu 80-90 °C.
  • Ditambahkan enzim a-amilase (termo-stabil). Enzim ini bekerja optimal pada suhu tinggi.
  • Mekanisme: Enzim a-amilase memotong rantai panjang pati secara acak menjadi molekul-molekul yang lebih pendek (dekstrin). Proses ini mengubah slurry yang kental menjadi cairan yang encer. Proses ini memakan waktu sekitar 1-2 jam.
• Sakarifikasi (Pemanisan):
  • Suhu cairan diturunkan hingga 60 °C, yang merupakan suhu optimal untuk enzim berikutnya.
  • Ditambahkan enzim gluko-amilase (amyloglucosidase).
  • Mekanisme: Enzim gluko-amilase secara spesifik memotong ujung rantai dekstrin dan mengeluarkan molekul glukosa (gula sederhana) satu per satu. Cairan yang semula tawar kini berasa manis karena mengandung glukosa.
  • Proses sakarifikasi berlangsung selama 24-48 jam. Setelah proses ini, kita mendapatkan "larutan gula" atau mash yang siap difermentasi.

3. Fermentasi

Tujuan: Mengkonversi glukosa menjadi etanol dan CO2 dengan bantuan ragi.

Proses Nyata:

• Pendinginan dan Penyesuaian pH:
  Mash hasil sakarifikasi didinginkan hingga suhu kamar (28-32 °C). pH diatur hingga sekitar 4,0-4,5 untuk menghambat pertumbuhan bakteri kontaminan dan menciptakan kondisi ideal untuk ragi.
• Inokulasi (Penambahan Ragi):
  Ragi Saccharomyces cerevisiae yang telah diaktifkan terlebih dahulu ditambahkan ke dalam tangki fermentasi. Tangki fermentasi biasanya tertutup dan dilengkapi dengan katup pengaman untuk melepas gas CO2.
• Proses Fermentasi:
  • Reaksi kimia utama:
    C6H12O6 (Glukosa) → 2 C2H5OH (Etanol) + 2 CO2 (Karbon Dioksida) + Panas
  • Fermentasi berlangsung secara anaerob (tanpa oksigen) selama 48 hingga 72 jam.
  • Suhu harus dijaga agar tidak melebihi 35 °C karena dapat mematikan ragi.
  • Gelembung gas CO2 akan terus terbentuk, menandakan fermentasi sedang berjalan.
• Penyelesaian: Setelah 2-3 hari, produksi gelembung CO2 akan berhenti. Cairan yang dihasilkan disebut bir (beer) yang mengandung etanol 8-12% volume, air, dan padatan tersisa (sel ragi, protein, dll).

4. Pemurnian (Destilasi dan Dehidrasi)

Tujuan: Memisahkan dan memekatkan etanol dari cairan fermentasi yang masih sangat encer.

Proses Nyata:

• Destilasi Sederhana:
  Bir dipanaskan dalam tangki destilasi (still). Karena etanol memiliki titik didih (78,3 °C) yang lebih rendah daripada air (100 °C), uap etanol akan menguap lebih dahulu. Uap ini kemudian dialirkan melalui kondensor untuk didinginkan dan dikembalikan menjadi cairan. Hasil destilasi pertama ini disebut distilat yang memiliki kadar alkohol sekitar 40-50% (atau 80-100 proof).
• Destilasi Fraksinasi (Rectification):
  Untuk mendapatkan alkohol dengan kemurnian lebih tinggi, destilat tersebut didestilasi ulang dalam kolom fraksinasi. Kolom ini memiliki banyak plate yang memungkinkan pemisahan yang lebih baik antara etanol dan air serta pengotor lain yang titik didihnya mendekati etanol (seperti asetaldehida dan metanol). Hasil dari proses ini adalah etanol 95% (95% ABV - Alcohol by Volume).
• Dehidrasi (Opsional untuk Bioetanol Fuel Grade):
  Campuran etanol 95% dan 5% air membentuk azeotrop, yang tidak dapat dipisahkan lagi dengan destilasi biasa. Untuk mendapatkan etanol murni (anhidrat, lebih dari 99%), diperlukan proses dehidrasi, misalnya dengan:
  • Molecular Sieve:
    Menggunakan zeolit untuk menyerap molekul air secara selektif.
  • Distilasi Azeotropik:
    Menambahkan pelarut ketiga (seperti benzena atau heksana) yang dapat memecah azeotrop.

Faktor Penentu Keberhasilan:

1. Kualitas Bahan Baku:
   Singkong segar dengan kadar pati tinggi (lebih dari 20%).
2. Kualitas Enzim dan Ragi:
   Gunakan enzim dan ragi yang spesifik dan masih aktif.
3. Kontrol Proses:
   Suhu dan pH pada setiap tahap harus dikontrol dengan ketat.
4. Kebersihan (Sanitasi):
   Mencegah kontaminasi bakteri yang dapat menghasilkan asam atau senyawa lain yang tidak diinginkan, yang dapat menurunkan yield etanol.

Dengan mengikuti mekanisme ini, singkong yang melimpah dapat diubah menjadi bioetanol yang memiliki nilai ekonomi tinggi, baik untuk industri minuman, farmasi, kosmetik, maupun sebagai bahan bakar ramah lingkungan (biofuel).