KAJIAN EKSTRAKSI DAN HIDROLISIS XILAN DARI TONGKOL JAGUNG (Zea mays L.)
Oleh: FARIDA ANGGRAINI F03499002
2003 FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR I
BOGOR
KAJIAN EKSTRAKSI DAN HIDROLISIS XILAN DAR! TONGKOL JAGUNG (Zea mays L.)
SKRIPSI Sebagai salah satu syarat uotuk memperoieh g elar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Jurusan Teknologi Industri PertaDian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institot Pertanian Bogar
OIeh: FARIDA ANGGRAINI F03499002
2003 FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
I NSTITUTPERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGIPERTANIAN
KAJIAN EKST RAKSI DAN HID ROLISIS XI LAN DAR! TONG KOL JAGUN G
(Zea mays L.)
SKRIPSI Sebagai salah satn syarat untuk memperoleh gelar SARJANATEKNOLOGIPERTAN[AN Pada Jurusan Teknologi IndustnPertanian, Fakultas TeknologiPertaoian, InstitutPertaoian Bogor
Oleh: FARIDAAN G G RAI NI F03499002
Dilahirkao pada laoggalll Februari 1982 di Jepara
Taoggal lulus: 18 Desember 2003
Menyetujui,
·chana MSi
Dr. DosenPembimbing I
DosenPe bimbiog II
SURATPERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa Skripsi denganjudul :
" KAJIAN EKSTRAKSI VAN HIDROLISIS XILAN DARl TONGKOL JAGUNG
(Zea mays L.)
..
adalah karya asH saya sendiri, dengan arahan dosen pembimbing
akademik, kecuali yang denganjelas ditunjukkan rujukannya.
Bogor,
Desember 2003
Yang Mernhuat Pernyataan
Nama
Farida Anggraini
NRP
F03499002
FARIDA ANGGRAINI. F03499002. The Study of Xylon Extraction and Hydrolysis from Corncob (Zea mays L.). Under guidance: Tatit K. Bunalor and Nur Richaos. 2003. SUMMARY Corncob is one of the material waste resulted from com manufacturing industry. Nowadays, corncob is applicated especially for animal feed. Its utilization for industrial raw material has not been applicated yet. Chemically. it is considered that corncob contains many fibers fraction (lignocellulose) that composed of cellulose, hemicellulose and lignin. Xylan is the main component of hemicellulose. Corncob is a potensial xylan source (the content is 31.94%). Xylan has many utilities as industrial raw material, one of these is its utilization toward xylose, by acid or enzymatic hydrolysis. The objectives of this research are to get and compare kinds of comcob xylan extraction process and its purification and also study the effect of hydrolysis methods perfonned (acid and enzymatic) toward xylose. In the first stage, it is studied two methods in corncob xylan extraction (neutralization and acidification method) and the effect of sodium hydroxide concentration used to extract the xylan. In the second stage, xylan hydrolysis was perfonned by acid and enzyme. In enzymatic hydrolysis, the dosage enzyme used are 2, 4, 6, 8 and 10 Unit/ml hemicellulase enzyme, whereas in the acidyc one it is used sulfuric acid concentration 0.3, 0.5 and 1 percent (v/v). Chop corncob used in this research I.:omposed of water 11.84%, ash 1.58%, fiber 27.65% and lignin 15.12%. Based on identification test result using zink chloride and iodium, to determine the purity of xylan visually, it is known that xylan got from acidification method has higher purity than xylan got from nuetralization one, shown from the blue color intensity fonned. Purification can increase the purity of xylan. At the same sodium hydroxide concentration, xylan from acidification method has more brown in colour than that from neutralization one. The xylan yield from acidification and neutralization methods are respectively 11.20 %d.w and 10.98 %d.w. More higher sodium hydroxide concentration used, xyl..."l will be more brown in color. The xylan yield from sodium hydroxide concentration 10, 15 and 20% are 7.31 %d.w, 11.45 %d.w and 10.90 %d.w, respectively. Xylan hydrolysis by hemicellulases enzyme has not produced xylose yet, as !he product desi:ed. Th� pwdu:;;t i:; sti!l olig»S8CchoIide, that shows the hydrolysi3 process doesn't perform completely. Chemically, it is shown from the high sugar total (the average is 92.24 mg/rol), meanwhile the reducing sugar is low (the average is 2.19 mg/ml), ""d also from the degee of polymerization that is still high enough (the average is 43.42). In xylan hydrolysis process by acid, xylose can be fonned. The optimum acid concentration at hydwlysis (;onditioh pelf,mued is 0.3%, whic.h gives average xylose yield 83.12%, reducing sugar 89.23 mg/ml, sugar total 94.57 mg/ml, degree of polymerization 1.06, dried -naterial content I5.33% and xylose clarity 46.99 %T.
FARIDA AN G G RAINI. F03499002. Kajian Ekstraksi dan Hidrolisis Xilan dari Tongkol Jagung (Zea mays L.). Di bawah bimbingao Tatit K. Bunasor dan Nur Richaoa. 2003. RI N GKASAN T ongkol jagung merupakan salah satu limbab padat yang dihasilkan dari industri pengolahan jagung. Selama ini, tongkoljagung banyak dimanfaatkan sebagai makanan te!llak. Pemanfaatannya sebagai bahan ba.\u industri belwr. banyak dilakukan. Ditinjau dari komposisi kimianya, tongkol jagung mengandung banyak fraksi serat (lignoselulosa) yang terdiri dari selulosa, hemiselulosa dan lignin. Xilan adalah komponen utama hemiselulosa. Tongkol jagung merupakan sumber xilan yang potensial (dengan kadar xiIan sebesar 31,94%). Xilan mempunyai banyak kegunaan sebagai bahan baku industri, diantaranya dapat dirnanfaatkan menjadi xilosa melalui proses hidrolisis seeara asam maupun enzimatis. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan dan membandingkan beberapa metode ekstraksi xilan dari tongkol jagung dan pemumiannya serta mengkaji pengaruh cara hidrolisis (asam dan enzimatis) terhadap xHosa yang dibasilkan. Pada tahap pertarna, dipelajari dua metode ekstraksi xilan (metode netralisasi dan asidifikasi) dan pengaruh taraf konsentrasi NaOH yang digunakan untuk mengekstrak xilan. Pada tahap kedua dilakukan hidrolisis xilan, dimana pada hidrolisis xilan secara enzimatis dosis yang digunakan adalah 2, 4, 6, 8 dan 10 Unitlml enzim hemiselulase, sedangkan pada hidrolisis asam digunakan konsentr�i H2S04 0,3, 0,5 dan I persen (v/v). Tongkol jagung yang digunakan dalam penelitian ini berbentuk cacahan tongkol dengan kadar air sebesar 11,84%, kadar abu 1,98%, ka�ar serat 27,65% dan kadar lignin 15,12%. Berdasarkan hasil uji identifikasi menggunakan ZnCh dan h untuk menentukan kemurnian xilan secara kualitatif (visual), diketahui bahwa xilan hasil metode asidifikasi memiliki kemumian lebih tinggi dibanding xilan metode netralisasi, ditunjukkan dengan intensitas warna bim yang terbentuk. Puriftkasi dapat lebih meningkatkan kemumian xilan. Pada konsentrasi NaOH yang sarna, xilan basil metode asidifikasi berwarna lebih coklat dibanding xHan metode netralisasi. Rendemen xilan asidifikasi dan netralisasi berturut-turut adalah 11,20% b.k dan 10,98% b.k. Semakin tinggi konsentrasi NaOH digunakan, ekstrak xHan semakin coklat warnanya. Rendemen xilan ywg diperoleh dari konsentrasi NaOH 10, 15 dan 20% berturut-turut adalab 7,31 % b.k., 11,45% b.k. dan 10,90 % b.k.
Hidrolisis xilan menggunakan enzim hemiselulase belum dapat menghasilkan xHosa sebagai produk. yang diinginkan. HasH hidrolisis masih berupa oligosakarida, yang menandakan proses hidrolisis tidak berlangsung dengan sempurna Secara " kimiawi, hal ini ditandai denga.l sementara gula pereduksinya rendah (ra�a-rata 2,19 mg/ml). serta masih cukup tingginya derajat polimerisasi yang dihasilkan (rata-rata 43,12). Pada proses hidrolisis xilan secara asam, xilosa dapat dihasHkan. Konsentrasi asam optimum pada kondisi hidrolisis yang dilakukan adalah 0,3%, dimana dihasilkan rata-rata rendemen xilosa sebesar 83,12%, gula pereduksi 89,23 mg/mI, total gula 94,57 mg/mI, derajat polimensasi 1,06, kadar bahan kering 15,33% dan kejemihan 46,99 %T.
KATAPENGANTAR
Alhamdulillah, segal. puji bagi Allab SWT yang lelab memberikan rahmal serta hidayah-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Skripsi ini merupakan hasil penelitian penulis yang dilaksanakan sejak bulan Februari - Agustus 2003 di Balai Penelitian Pasea Panen, Cimanggu Bogor. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besamya kepada : 1.
Dr. Hj. Tatit K. Bunasor, MSc, selaku dosen pembimbing I yang telab banyak memberikan bimbingan, araban serta nasehat selama penulis melaksanakan studi di Jurusan Teknologi Industri Pertanian.
2.
Ir. Nur Richana, MSi, selaku dosen pembimbing II yang telah banyak memberikan bimbingan, masukan, perhatian dan dukungan moril selama penulis melaksanakan penelitian dan menyelesaikan skripsi ini.
3.
Dr. Ir. Liesbetini Hartoto, MS, selaku dosen penguji yang telab banyak memberikan saran dan masukan dalam penyelesaian skripsi ini.
4.
Kedua orang tua penulis dan Indra adikku. Terima kasih atas d0R, kasih sayang, ketulusan, dan semangat yang selalu diberikan.
5.
Pak Lalu, Bu Pia, Mely, Dewi, Mas Yudi, Pak Danu, Mas Dian dan :;:genap karyawan Balai Penelitian Pasea Panen
Cimanggu Bogor, yang telah
menyediakan fasilitas dan telah banyak membantu pelaksaan penelitian penulis. 6.
Ane, Nita serta ternan-ternan seperjuangan dari AKA, Universitas Pakuan dan Universitas Juanda Bogor. Terima kasih atas kebersamaan. d:.Ilru.ngan dan semangat yang diberikan selama berlangsullgnya penelitian.
7.
Sahabatku, Nia. Terima kasih atas segala bantuan, doR, ketuiusan, saran, semangat, kebersamaan dan kesetiaan menemani penulis serta waktu yang selalu kau luangkan. Semoga persahabatan kita abadi.
8.
Sobaf-sobatku TIN '16 : Dian, Fitri, Wiwi, Kiki dan Wiwid. Teriwa kasih atas kebersamaan dan dukungan yang diberikan.
9.
Ternan-ternan Balqis : Mbak Neni, Mbak Wiwi, Fida, Dayu, !)wi, Muji, Shinta, Ikhlas dan Yulia. TerinlJ. kRSih allis dukung81Ulya.
Ii.l
Penulis menyadari bahwa masih tef(iapat kekurangan dalam penyusunan skripsi ini. Oleh karena itu. penulis sangat mengharapkan saran dan kritik untuk kesempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengharapkan semoga skripsi ini dapat bennanfaat bagi semua pihak yang memerlukan dan memberikan sumbangan yang berarti bagi dunia Hmu pengetahuan dan teknologi. Amien.
Bogor,
Desember 2003
Penulis
iv
DAFfAR ISI
Halaman KATA PENGANTAR ................................................................................
III
DAFTAR TABEL .......................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................
V111
DAFTAR LAMPlRAN..................................
x
I.
PENDAHULUAN ................................................................................
1
A. LATAR BELAKANG .....................................................................
1
B. TUJUAN .....................................................:....................................
3
TINJAUAN PUSTAKA.......................................................................
4
A. TONGKOL JAGUNG .....................................................................
4
B. HEMISELULOSA ...........................................................................
4
C. XILAN..............................................................................................
6
D. EKSTRAKSI XILAN ... ...................................................................
9
E. XILOSA............................................................................................
12
F. HIDROLISIS ENZIM
13
G. HIDROLISIS ASAM
16
11.
111. METODOLOGJ PENELITIAN ............................................................ A. BAHAN DAN ALAT .....................................................................
.
19 19
B. METODA PENELITIAN.................................................................
19
1. Penelitian tahap I ...........................................................................
20
2. Pene1itian tahap 11
20
.••..•....•...•......•......•...•.••.....................................
3. RanC::i.tigan pecwb&aIl ...................................................................
21
c. TATA LAKSANA PENELITIAN ...................................................
22
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................
32
A. PENELITIAN TAHAP I ..................................................................
32
A.I. Komposisi kimia bahan baku ....................................................
32
A.2. Delignifikasi ..............................................................................
33
A.3. Ekstraksi xilan metode netralisasi .............................................
34
A.4. Ekstraksi xilan rnetode asiditikasi.............................................
36
A.S. Perbandingan antar metode ekstraksi ....................................... .
37
v
A.6. Pengaruh konsentrasi NaOH terhadap rendemen dan
B.
karakteristik xilan......................................................................
37
A.7. Purifikasi xilan ......................................................... .................
41
A.S. Uji identifikasi xilan..................................................................
42
PENELITIAN TAHAP II..................................................................
44
B.l.
44
Hidrolisis xilan secara enzimatis...............................................
B.1.1.
Penentuan aktivitas enzim hemiselulase ........... ......... ........
44
B.l.2. Penentuan konsentrasi substrat.......................... ......... ........
45
B.I.3.
Penentuan waktu hidrolisis.................................................
47
B.l .4. Penelitian utama .................................................................
48
B.2.
Hidrolisis xilan secara asam .............................................. ..... . .
.
58
B.2.1.
Penelitian pendahuluan.......................................................
58
B.2.2.
Penelitian utama ............... .................................................
58
KESIMPI JLAN DAN SARAN................................ ..... ..... ................
69
A. KESIMPULAN .................................................................................
69
B.
SARAN .................. ..................................................... .. ................
70
DAFTAR PUSTAKA ..................................................... ..........................
71
Lt.MPlRAN................................................................................................
75
V.
.
.
.
.
.
..
.
. .
