SEMINAR NASIONAL KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA V
“Kontribusi Kimia dan Pendidikan Kimia dalam Pembangunan Bangsa yang Berkarakter” Program Studi Pendidikan Kimia Jurusan PMIPA FKIP UNS Surakarta, 6 April 2013
MAKALAH PENDAMPING
POSTER (Kode : I-02)
ISBN : 979363167-8
Delignifikasi Bagas Tebu dari PT. Madubaru Yogyakarta dengan Perlakuan Basa Anastasia Wheni Indrianingsih1,*, Fitri Nurjanah2, Roni Maryana1 1
UPT. Balai Pengembangan Proses dan Teknologi Kimia LIPI, Gading, Playen, Gunungkidul, Yogyakarta, 55861 2 Jurusan Kimia, Universitas Jenderal Soedirman, Purwokerto *
Keperluan korespondensi, tel/fax : 0274-392570/ 0274-391168, email:
[email protected]
ABSTRAK Salah satu limbah dari pabrik tebu PT. Madubaru di Yogyakarta adalah bagas tebu. Bagas tebu merupakan salah satu limbah lignoselulosa yang bisa dimanfaatkan sebagai bahan baku bioetanol yang merupakan salah satu bahan bakar terbarukan. Pada penelitian ini dilakukan usaha mempelajari proses delignifikasi pada bagas tebu. Delignifikasi ini dilakukan untuk menghilangkan lignin yang terkandung dalam bagas tebu sehingga dihasilkan selulosa dan hemiselulosa yang bisa diubah menjadi glukosa dan akhirnya difermentasi menjadi etanol. Proses delignifikasi pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan kalium hidroksida (KOH) dengan variasi konsentrasi 1% b/v, 2% b/v dan 5% b/v. Metode yang digunakan adalah dengan refluks dan pemanasan menggunakan autoklf dengan variasi waktu. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa kadar lignin yang terendah dengan metode refluks sebesar 6,29% pada kondisi konsentrasi KOH 2% b/v selama 3 jam dan metode autoclave sebesar 5,13% pada kondisi konsentrasi KOH 5% b/v selama 30 menit. Bagas sebelum perlakuan basa dan sesudah perlakuan basa dianalisis dengan menggunakan spektroskopi inframerah (FTIR). Kata kunci: bagas tebu, lignoselulosa, delignifikasi, kalium hidroksida panas bumi, matahari, angin dan air, energi
PENDAHULUAN Energi merupakan hal yang vital dalam
dari biomassa adalah salah satu sumber
kehidupan manusia. Sumber energi saat ini
energi terbarukan yang menarik banyak
sangat bergantung pada minyak dan gas
peneliti. Biomassa seperti jagung, rumput,
bumi,
tidak
kayu [1,2] dan molase kedelai [3] adalah
terbarukan yang berarti suatu saat nanti
beberapa contoh komoditi utama yang
dapat habis. Permasalahan ini menimbulkan
digunakan
adanya
produksi
yang
merupakan
wacana
tentang
energi
energi
yang
sebagai
bahan
bioetanol.
baku
Lebih
untuk lanjut
terbarukan. Berbagai usaha dilakukan untuk
lagi,penggunaan biomassa sebagai sumber
mendapatkan
energi akan mengurangi efek pemanasan
sumber
energi
yang
terbarukan. Selain energi alam yang berupa
Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia
692
ISBN = 979363167-8 global/efek rumah kaca yang disebabkan
hemiselulosa yang bisa diubah menjadi
oleh energi tidak terbarukan.
glukosa dan akhirnya difermentasi menjadi
Akan tetapi, penggunaan bahan baku
etanol. Pada penelitian ini dilakukan usaha
dari kedelai, jagung maupun minyak kelapa
mempelajari proses delignifikasi pada bagas
sawit untuk produksi bioetanol di negara
tebu. Proses delignifikasi pada penelitian ini
berkembang terutama di Asia Tenggara
dilakukan
masih menimbulkan polemik pro dan kontra
menggunakan
[4].
dengan variasi konsentrasi dan variasi
Hal
ini
karena
tanaman-tanaman
tersebut masih digunakan sebagai sumber
dengan kalium
perlakuan
basa
hidroksida
(KOH)
metode.
bahan pangan. Penggunaan bahan pangan sebagai
sumber
energi
dikhawatirkan
METODE PENELITIAN
menimbulkan berkurangnya ketahanan di
Bahan :Bagas tebu, Aquades, Asam Sulfat
bidang pangan. Bagas tebu merupakan
(H2SO4), Kalium Hidroksida (KOH), kertas
salah satu alternatif yang bisa dipergunakan
pH
sebagai bahan baku pembuatan bioetanol.
Alat:
Hal ini karena bagas tebu, yang merupakan
Timbangan analitis, pH meter, Autoklaf,
limbah dari pabrik gula, masih mengandung
FTIR
hemiselulosa dan selulosa yang bisa diubah
Prosedur Penelitian:
menjadi gula dan kemudian difermentasi
1. Delignifikasi bagas tebu dengan metode
menjadi alkohol. Pemanfaatan limbah bagas
refluks
Alat-alat
gelas
laboratorium,
juga merupakan suatu langkah pengurangan
Bagas sebanyak 30 g dimasukkan ke
limbah dari pabrik gula. Beberapa penelitian
dalam labu alas bulat dan ditambahkan 400
tentang pengolahan bagas tebu sudah
ml larutan KOH dengan konsentrasi 1%
dilakukan, seperti penelitian bagas dengan
(b/v). Refluks dilakukan selama satu jam.
hidrolisis asam [5] dan penelitian tentang
Setelah direfluks, bagas tebu dicuci dengan
bioetanol dari bagas tebu tanpa sakarifikasi
aquades hingga netral dan dikeringkan.
enzimatik [6].
Prosedur ini dilakukan kembali dengan
Di Yogyakarta, Indonesia, terdapat pabrik
gula
PT.
Madubaru
yang
variasi konsentrasi KOH 2% (b/v) dan 5% (b/v) dan waktu refluks 3 jam.
memproduksi gula pasir dengan limbah
2. Delignifikasi bagas tebu dengan metode
berupa bagas tebu. Berdasarkan hal ini,
autoklaf
tujuan penelitian ini adalah memanfaatkan
Bagas sebanyak 30 g dimasukkan ke
limbah bagas sebagai alternatif sumber
dalam labu alas bulat dan ditambahkan 400
energi
telah
ml larutan KOH dengan konsentrasi 1%
diketahui, bagas tebu merupakan salah satu
(b/v). Pemanasan dengan autoklaf dilakukan
limbah
lignoselulosa
mengandung
pada suhu 121 C selama 30 menit. Setelah
lignin,
oleh
lignin
diautoklaf,
terbarukan.
Seperti
karena
yang itu
yang
harus
o
bagas
tebu
dicuci
dengan
dihilangkan (delignifikasi) terlebih dahulu
aquades hingga netral dan dikeringkan.
untuk
Prosedur ini dilakukan kembali dengan
memperoleh
selulosa
dan
Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia
693
ISBN = 979363167-8 variasi konsentrasi KOH 2% (b/v) dan 5%
HASIL DAN PEMBAHASAN
(b/v).
Konversi dari bagas tebu menjadi
3. Analisis kadar lignin, hemiselusosa dan
bioetanol memiliki beberapa proses yakni
selulosa
perlakuan awal, hidrolisis,fermentasi dan
Analisis selulosa dan lignin dilakukan dengan metode
pemurnian bioetanol. Pada penelitian ini
Chesson [7]. Satu g (a)
dipelajari tentang perlakuan awal bagas tebu
sampel kering ditambahkan 150 mL H2O.
dengan perlakuan basa kalium hidroksida
o
Direfluk pada suhu 100 C dengan water
(KOH). Perlakuan basa dilakukan dengan
bath selama 1 jam. Hasilnya disaring, residu
variasi konsentrasi KOH sebesar 1%, 2%
dicuci dengan air panas (300 mL). Residu
dan
kemudian dikeringkan dengan oven sampai
pemanasan dengan refluks dan autoklaf.
konstan kemudian ditimbang (b). Residu
Pemanasan dengan refluks divariasi waktu
ditambahkan 150 mL H2SO4 1 N kemudian
selama satu jam dan tiga jam, sedangkan
direfluk dengan water bath selama 1 jam
pemanasan dengan autoklaf dilakukan pada
o
suhu 100 C. Hasilnya disaring sampai netral
mL
72%
variasi
metode
Hasil kadar lignin, hemiselulosa dan selulosa ditampilkan pada tabel 1. Pada
direndam pada suhu kamar selama 4 jam.
metode pemanasan dengan refluks, hasil
Ditambahkan 150 mL H2SO4 1 N dan
lignin terendah sebesar 6,293% diperoleh
direfluk pada water bath selama 1 jam pada
dengan konsentrasi KOH 2% (b/v) selama 3
pendingin balik. Residu disaring dan dicuci
jam. Sedangkan pada metode pemanasan
dengan
mL)
dengan
kemudian dipanaskan dengan oven dengan
sebesar
sampai
H2SO4
dan
dan
H2O
10
(b/v)
suhu 121°C selama 30 menit.
(300 mL) dan dikeringkan (c). Residu kering ditambahkan
5%
netral
(400
o
autoklaf, 5,130%
hasil
lignin
terendah
diperoleh
dengan
suhu 105 C dan hasilnya ditimbang (d),
konsentrasi KOH 5% (b/v). Dari dua metode
selanjutnya residu diabukan dan ditimbang
yang digunakan dapat disimpulkan bahwa
(e). Perhitungan kadar selulosa dan kadar
penggunaan autoklaf menghasilkan lignin
lignin sebagai berikut:
yang lebih rendah daripada dengan metode
Kadar hemiselulosa = (b-c)/a x 100%
refluks. Secara garis besar, penggunaan
Kadar selulosa = (c-d)/a x 100%
konsentrasi KOH yang semakin meningkat
Kadar lignin = (d-e)/a x 100%
dan
4. Analisis Inframerah (FTIR)
menghasilkan lignin dengan kadar yang
Analisis dengan spektroskopi IR dilakukan di
semakin menurun, yang berarti proses
jurusan Kimia, UGM, Yogyakarta. Spektra
delignifikasi semakin efektif. Adapun grafik
dilakukan pada panjang gelombang 400-
kadar lignin, hemiselulosa dan selulosa
4000 cm
−1
dengan merk Shimadzu dengan
detector pada resolusi 16 cm
−1
resolution
waktu
pemanasan
yang
berturut-turut ditampilkan pada Gambar 1, Gambar 2 dan Gambar 3.
and 10 scan per sampel.
Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia
lama
694
ISBN = 979363167-8 Tabel 1. Kadar lignin, selulosa dan hemiselulosa bagas tebu dengan perlakuan KOH
Perlakuan Refluks 1% 1 jam Refluks 2% 1 jam Refluks 5% 1 jam Refluks 1% 3 jam Refluks 2% 3 jam Refluks 5% 3 jam Autoklaf 1% 30' Autoklaf 2% 30' Autoklaf 5% 30'
Lignin
Hemiselulosa
Selulosa
8.990
18.569
65.149
7.764
17.988
70.526
7.682
12.988
74.688
7.014
18.498
67.112
6.293
16.083
70.558
8.727
12.553
74.951
6.554
18.308
71.664
7.077
18.182
72.295
5.130
7.634
76.025
Gambar 1. Kadar Lignin dari Bagas
Gambar
dengan Perlakuan KOH
Bagas dengan Perlakuan KOH
Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia
2.
Kadar
Hemiselulosa
695
dari
ISBN = 979363167-8
Gambar 3. Kadar Selulosa dari Bagas dengan Perlakuan KOH
Karakterisasi bagas tebu sebelum
perlakuan basa KOH. Puncak agak lebar
dan sesudah perlakuan dengan basa KOH
yang terdapat pada panjang gelombang
dilakukan
sekitar 3400 sampai 3500 cm
dengan
analisis
spektroskopi
-1
merupakan
inframerah (FTIR). Spektroskopi inframerah
puncak dari gugus fungsional –OH dan
digunakan untuk mengetahui gugus-gugus
puncak sekitar 2924 cm-
fungsional dalam suatu senyawa dan juga
stretching C-H. Puncak yang muncul sekitar
untuk mengetahui perubahan struktur kimia
1056 cm- pada bagas sesudah perlakuan
yang terjadi dalam material lignoselulosa. Hasil spektra yang diperoleh ditampilkan
1
berasal dari
1
refluks dan autoklaf, serta puncak sekitar 1
1049 cm-
pada bagas awal, menunjukkan
pada Gambar 4 (Bagas Awal), Gambar 5 (Bagas Sesudah Refluks dengan KOH 2% (b/v) selama 3 jam),dan Gambar 6 (Bagas
stretching C-O-C dari ikatan glikosida β-(1–4) [8]. Pada bagas awal terdapat puncak pada 1
Sesudah Pemanasan Autoklaf dengan KOH 5%
(b/v)
selama
30
menit,
o
121 C).
panjang gelombang 2924 cm- yang berasal dari stretching –CH2 yang letaknya bergeser
yang
pada bagas sesudah perlakuan refluks dan
signifikan antara spektra bagas awal dan
autoklaf yakni pada 2900 cm- . Peningkatan
spektra sesudah perlakuan baik dengan
puncak
metode refluks maupun autoklaf. Perbedaan
gelombang
ini
menunjukkan adanya peningkatan kadar
Secara
umum, terjadi perbedaan
mengindikasikan
adanya
perbedaan
struktur bagas yang terjadi akibat adanya
Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia
1
yang
terjadi
sekitar
pada
panjang
900-1150
selulosa [8].
696
1
cm-
ISBN = 979363167-8
Gambar 4. Spektra IR Bagas Awal
Gambar 5. Spektra IR Bagas Sesudah Refluks dengan KOH 2% selama 3 jam
Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia
697
ISBN = 979363167-8
Gambar 6. Spektra IR Bagas Sesudah Pemanasan Autoklaf dengan KOH 5% selama 30 o
menit, 121 C
DAFTAR RUJUKAN
KESIMPULAN tebu
[1] D. Pimentel, T.W. Patzek, 2005, Natural
dengan menggunakan KOH, diperoleh hasil
Resources Research, Vol. 14, No. 1,
lignin yang terendah dengan metode refluks
65-76.
Pada perlakuan
sebesar
6,293%
dan
awal
bagas
dengan
metode
autoklaf sebesar 5,130%. Secara umum,
[2] R.J. Bothast, M.A. Schlicher, 2005, Appl. Microbiol. Biotechnol, 67, 19-25.
bagas
[3] P.F. Siquera, S.G. Karp, J.C. Carvalho,
sesudah perlakuan awal dengan basa KOH
W. Sturm, J.A. Rodriguez-Leon, J.L.
yang ditunjukkan dari spektra IR.
Tholozan, R.R. Singhania, A. Panday,
terdapat
peningkatan
struktur
C.R.
Soccol,
2008,
Bioresource
Technology, Vol. 99, 17, 8156-8163.
UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih kepada Lembaga Ilmu
[4] M.K. Lam, K.T. Tan, K.T. Lee, A.R.
Pengetahuan Indonesia (LIPI) atas dana
Mohamed,
kegiatan
Sustainable Energy Reviews, Vol. 13,
tematik
bioetanol
2013,
juga
kepada UPT. BPPTK LIPI atas semua fasilitas penelitian dan Sdr. Andri Suwanto yang membantu kegiatan teknis penelitian.
2009,
Renewable
and
Issues 6-7, 1456-1464. [5] A. Pessoa JR, J.M. Mancilha, S. Sato, 1997, Braz. J. Chem. Eng., Vol 14. [6] L. Dawson, R. Boopathy, 2008, Bio Resources, 3, 452-460. [7] Chesson, A. 1981. J. Sci. Food Agric. 32:745–758.
Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia
698
ISBN = 979363167-8 [8]
R.
Sindhu,
P.
Binod,
K.
Satyanagalakshmi, K. U. Janu, K. V. Sajna, N. Kurien, R. K. Sukumaran, A. Pandey,
2010,
Appl
Biochem
Biotechnol, 162,2313–2323.
Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia
699
