Etanol merupakan salah satu senyawa organik yang memiliki kandungan unsur C, H dan juga O. Dalam ilmu kimia etanol disebut sebagai etil alkohol (C2H5OH). Etanol merupakan bagian dari alkohol yang mana rumus umumnya R –OH. Untuk mendapatkan etanol salah satu cara atau tahapannya yakni dengan proses fermentasi. Fermentasi etanol bisa dilakukan dengan cara menambahkan ragi pada bahan baku. Proses ini terbilang sangat penting karena jika ada sedikit yang terkontaminasi pada tahapan ini maka kualitas dari etanolnya menurun.
Mengenal Etil Alkohol atau Etanol
Sebelum membahas lebih lanjut, perlu diketahui jika alkohol secara struktur memiliki kesamaan dengan air. Hanya saja perbedaannya terletak pada hidrogennya yang telah berganti dengan gugus alkil. Nah pemberian nama alkohol biasanya dari penyebutan alkil yang nampak dalam gugus OH, barulah kemudian ditambahkan belakangnya dengan nama alkohol.
Seperti disebutkan diatas jika etanol mirip dengan air, karena itu etanol pun memiliki karakteristik yang mirip dengan air seperti tidak berwarna dan merupakan zat cair. Selain itu karakteristik etanol adalah mudah menguap, mudah terbakar, dan memiliki bau yang terbilang spesifik. Etanol juga bisa dicampur dengan air atau zat lain dengan perbandingan yang tepat. Nah, kelebihan itulah yang membuat etanol kerap dijadikan sebagai bahan pelarut.
Etanol memiliki banyak kegunaan, tak hanya sebagai zat pelarut, etanol juga kerap ditemukan sebagai bahan bakar terbarukan, bahan dasar industri cuka, spritus, ester hingga asetaldehid.
Dalam proses pembuatannya untuk industri terdapat 2 cara yakni non fermentasi dan fermentasi. Jika non fermentasi artinya dalam proses pembuatannya tidak menggunakan jasad renik atau enzim sedangkan fermentasi etanol menggunakan enzim dari mikroba yang merupakan hasil proses metabolisme akibat perubahan kimia dalam substrat.
Bagaimana proses fermentasi etanol?
Jika berbicara tentang proses fermentasi etanol, maka kita akan mengetahui jika dalam proses ini terdapat proses kimia dan biologi, Gula disini baik itu fruktosa, glukosa ataupun sukrosa akan diubah menjadi energi seluler serta menghasilkan produk sampingan seperti etanol dan karbondioksida.Dalam proses fermentasi etanol disini tidak dibutuhkan oksigen melainkan khamir. Nah, proses ini kemudian dikenal dan digolongkan respirasi anaerob.
Etanol yang didapatkan dari hasil fermentasi glukosa menjadi etanol menggunakan mikroba disebut bioetanol. Proses pembuatan bioetanol dimulai dari pengubahan polisakarida menjadi gula sederhana terlebih dulu, baru kemudian masuk tahap fermentasi dan yang terakhir destilasi.
Fermentasi sendiri ditandai dengan munculnya gelembung gas karbondioksida yang diakibatkan adanya metabolisme secara anaerob dari zat gula. Dalam artian lain proses fermentasi diartikan sebagai proses pengubahan bahan baku menjadi produk lain oleh mikroba. Sedangkan menurut ahli biokimia, fermentasi diartikan sebagai proses menghasilkan energi dari proses anaerobic tanpa menggunakan oksigen.
Selama berlangsungnya proses fermentasi, khamir akan memproduksi enzim zimase yang akan mengubah gula menjadi etanol. Nah, kerja dari enzim ini hanya spesifik pada gula saja dan sebagai catatan bahwa tak semua karbohidrat bisa dikonversi.
Proses Kimia dalam Fermentasi Glukosa
Dari ulasan diatas apakah Kamu masih berpikiran apa sebenarnya fermentasi itu sehingga makanan yang kita konsumsi tidak basi dan pada beberapa kasus malah aman dan memberi manfaat ketika dikonsumsi?
Seperti yang diulas diatas jika fermentasi merupakan proses produksi energi yang terjadi dalam sel menggunakan sistem anaerobic atau tanpa udara. Ketika proses fermentasi akan muncul perubahan dari karbohidrat menjadi asam, gas dan alkohol. Karena itu dalam proses fermentasi, gula menjadi bahan yang umum digunakan dalam fermentasi.
Lantas apa yang diperlukan untuk memecah glukosa menjadi asam atau alkohol? Cara fermentasi glukosa menjadi etanol akan berjalan lancar jika kita menggunakan bantuan dari ragi. Ragi ini yang sangat penting dalam proses fermentasi glukosa menjadi etanol karena ragi merupakan salah satu mikroorganisme bersel satu.
Ragi bisa ditemukan dengan mudah diseluruh permukaan tanaman, permukaan tanah, atau bahkan permukaan tanaman dengan kandungan gula tinggi seperti pada buah-buahan dan nektar. Ragi disini akan berfungsi sebagai pemecah gula menjadi karbondioksida dan alkohol.
Ketika proses fermentasi akan muncul gelembung yang dihasilkan dari karbondioksida pada permukaan makanan dan minuman yang tengah mengalami fermentasi. Proses ini disebut glikolisis yakni proses metabolisme pengubahan glukosa menjadi asam piruvat yang mampu menghasilkan energi.
Tidak ada udara dalam proses fermentasi
Proses fermentasi terjadi jika tidak ada udara atau istilahnya anaerobic. Pertanyaannya, kenapa harus tidak ada udara padahal disini ada mikroorganisme yang berperan mengubah glukosa menjadi asam atau alkohol.
Jawabannya, jika terdapat oksigen pada proses fermentasi glukosa menjadi etanol, maka asam piruvat yang tengah memasuki reaksi kimia akan berlanjut ke tahapan pernafasan. Sedangkan jika disini tidak ada oksigen, maka asam piruvat kemudian memecah gula menjadi karbondioksida atau zat lainnya bergantung dari jenis ragi yang digunakan.
Beberapa Faktor yang Mempengaruhi Fermentasi Glukosa Menjadi Etanol
Ada beberapa faktor yang berpengaruh dalam proses fermentasi. Beberapa faktor tersebut antara lain:
- Derajat keasaman
PH akan mempengaruhi kecepatan proses fermentasi. Dalam proses ini pH yang dibutuhkan yakni 4.5-5. Jika pH berkurang maka kecepatan fermentasi juga berkurang. PH akan mempengaruhi aktivitas enzim dari mikroorganisme saat membentuk enzim substrat. Tak hanya itu, perubahan pH juga berakibat terjadinya denaturasi yang akan menurunkan aktivitas enzim.
- Mikroorganisme
Pemilihan mikroorganisme juga didasarkan dari pemilihan jenis karbohidrat yang hendak digunakan. Misalnya untuk produksi etanol dari gula dan pati digunakan S. Ellipsoideus atau S. Cerevisiae, bahan laktosa menggunakan Candida Pseudotropicalis, dan bahan selulosa menggunakan Clostridium Thermocellum, Aspergillus Sp, Candida Shehatae dan lain sebagainya. Setiap mikroorganisme memiliki karakteristik yang berbeda sesuai dengan bahannya. Penggunaan mikroorganisme yang tepat mampu membuat mikroorganisme tumbuh lebih cepat serta menghasilkan toleransi gula yang tinggi hingga mampu menghasilkan etanol dalam jumlah yang banyak.
- Suhu
Dalam tahapan atau cara fermentasi glukosa menjadi etanol, suhu juga memiliki peranan yang penting. Kecepatan reaksi enzimatik akan meningkat ketika suhu meningkat. Hal ini dikarenakan substrat yang bertumbukan akan lebih aktif dan sering sehingga pergerakan molekulnya pun bisa lebih cepat.
- Waktu
Rentang waktu yang digunakan pada proses ini bergantung pada jenis substratnya, pH, suhu serta jenis mikroorganisme yang dipakai. Salah satu contoh proses fermentasi daun pisang membutuhkan waktu 5 hari untuk bisa menghasilkan alkohol dengan kadar tertingginya 22%.
- Media
Dalam proses fermentasi etanol media menjadi faktor penting karena media merupakan tempat hidup dari para mikroba. Mereka akan tumbuh dan berkembang biak dengan baik pada media. Karena itu media juga harus disiapkan dengan khusus. Pastikan pula media telah mengandung bahan yang memenuhi syarat minimal berkembangnya mikroba.
Cara fermentasi etanol dan fermentasi glukosa menjadi etanol
Dalam pembuatan etanol, bahan baku menjadi hal yang sangat penting. Ada banyak jenis bahan baku yang bisa digunakan mulai dari yang berpati seperti singkong, mengandung glukosa seperti tebu, hingga molasi. Nah, diantara beberapa jenis bahan baku tersebut, salah satu bahan yang paling sering digunakan yakni singkong. Bukan hanya karena hasil etanol yang didapatkan, tapi karena Indonesia memiliki komoditas singkong yang cukup melimpah.
Dibawah ini Kami berikan ringkasan reaksi yang terjadi dari 1 mol glukosa yang kemudian menjadi 2 mol karbondioksida dan 2 mol etanol.
C6H12O6 + Zymase → 2C2H5OH + 2CO2
Keterangan:
C2H5OH = etanol
CO2 = karbon dioksida
Zymase = ragi, seperti Saccharomyces cerevisiae
C6H12O6 = glukosa
Sebagai tambahan, sebelum terjadi perubahan molekul glukosa menjadi etanol glukosa terpecah menjadi 2 molekul piruvat. Proses pemecahan ini disebut glikolisis. Glikolisis terjadi akibat reaksi glukosa pada sitoplasma. Ini merupakan jalur metabolisme yang akan telah mengubah glukosa ke asam piruvat untuk menghasilkan energi. Ketika respirasi dengan oksigen hasil dari proses ini adalah energi intensitas rendah yang didapat pada periode yang cukup. Sedang jika kondisi kurang oksigen maka ATP akan lebih cepat dihasilkan meski sebenarnya ini kurang efisien.
Setelah proses glikolisis selesai, tahapan proses fermentasi etanol selanjutnya adalah reduksi asam piruvat. Pada proses ini terjadi perombakan yang menghasilkan molekul etanol. Nah karena disini glikolisis mampu menghasilkan 2 asam piruvat, maka karbon dioksida dan etanol yang dihasilkan masing-masing 2 molekul.
Reaksi reduksi membutuhkan ion hidrogen yang didapat dari 2 senyawa NADH yakni produk sampingan glikolisis. Ketika ini piruvat dekarboksilasi menjadi asetaldehida lantas diubah menjadi etanol. Ini sedikit berbeda dengan fermentasi asam laktat yang mana asetaldehida nya tak terbentuk dan langsung mengubahnya menjadi asam laktat.
Fermentasi alkohol juga menimbulkan gelembung karena menghasilkan karbondioksida sedangkan ini tidak terjadi pada fermentasi asam laktat.
Nah, diatas adalah sedikit ulasan terkait bagaimana cara fermentasi etanol. Pada intinya proses fermentasi ini digunakan sebagai proses awal untuk mendapatkan etanol. Setelah proses fermentasi, nantinya akan dilanjut dengan proses destilasi atau penyulingan. Pada proses inilah kadar etanol yang didapatkan bisa mencapai 99% atau yang disebut alkohol kering. Namun tentunya beda bahan baku beda pula cara destilasinya. Misalnya molase yang harus melewati dua tahapan destilasi untuk bisa mendapatkan alkohol berkadar tinggi.
Dari ulasan diatas kita bisa mengetahui bahwa proses fermentasi menjadi proses yang sangat penting dalam pembuatan etanol. Proses ini juga menjadi penentu kadar kualitas etanol. Ketika dalam prosesnya menggunakan bahan terbaik dan diolah dengan baik tanpa terkontaminasi bahan lainnya, maka besar kemungkinan etanol yang dihasilkan pun juga berkualitas baik.
Saat ini kebutuhan akan etanol tengah meningkat drastis seiring dengan kian luasnya penggunaan bahan ini dalam kehidupan sehari-hari. Sebagai cairan yang mudah terbakar, mudah menguap dan tak memiliki warna, etanol masuk kategori aman. Berbeda dari saudaranya, metanol, yang sangat berbahaya jika kontak dengan kulit atau bahkan tertelan meski dalam jumlah sedikit.
Etanol tak hanya digunakan sebagai campuran bahan bakar terbarukan saja melainkan juga digunakan sebagai bahan kosmetik, pewarna makanan, perasa, obat-obatan, dan digunakan pula pada industri farmasi.
