PENDAHULUAN. Teknologi Indonesia LIPI Press Volume 34, Edisi Khusus 2011

Teknologi Indonesia © LIPI Press 2011

Volume 34, Edisi Khusus 2011

DELIGNIFIKASI AMPAS TEBU DENGAN LARUTAN NATRIUM HIDROKSIDA SEBELUM PROSES SAKARAIFIKASI SECARA ENZIMATIS MENGGUNAKAN ENZIM SELULASE KASAR DARI ASPERGILLUS NIGER FNU 6018 Ida Bagus Wayan Gunam, Ni Made Wartini, Anak Agung Made Dewi Anggreni dan Pande Made Suparyana Jurusan Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Denpasar, Bali Telp. (0361) 222006, E-mail: [email protected] ABSTRAK Selulosa merupakan sumber daya terbarukan yang paling banyak, dan telah mendapat banyak perhatian sebagai sumber energi potensial dan karbon untuk memproduksi produk yang bermanfaat seperti glukosa, etanol dan bahan bakar. Kemungkinan mengkonversi selulosa ampas tebu secara enzimatis menjadi glukosa, setelah mengendurkan struktur kimia yang kompleks menjadi struktur primer dengan menggunakan sodium hidroksida telah dipelajari. Ampas tebu direndam dalam sodium hidroksida 6% selama 12 jam pada suhu kamar. Perlakuan ini dapat melonggarkan beberapa struktur berkas selulosa ditunjukkan dengan terlepasnya lignin dan hemiselulosa, masing-masing sampai 32,11 dan 42,87%, dan nilai retensi air yang tinggi 15,90 (b/b). Dalam kondisi ini, ampas tebu terdelignifikasi dapat disakarifikasi oleh enzim selulase kasar dari Aspergillus niger. Sakarifikasi secara enzimatis 2 g ampas tebu terdelignifikasi pada suhu 50oC pH 4,8 selama 120 jam menghasilkan gula reduksi sebanyak 54.47 mg/100 ml. Kata Kunci: Ampas tebu, Delignifikasi, Natrium hidroksida, Selulase, Aspergillus niger, Sakarifikasi ABSTRACT Cellulose, the most abundant renewable resource, has received much attention as potential energy and carbon source for the production of useful products such as glucose, ethanol and fuels. The possibility of converting cellulose in bagasse enzymatically into glucose, after being loosened its complex structure chemically into primary one by using sodium hydroxide was studied. Bagasse was soaked in 6% sodium hydroxide for 12 hours at room temperature. This treatment resulted in loosening some cellulose bundle structure shown by release of lignin and hemicelluloses up to 32.11 and 42.87%, respectively and high water retention value of 15.90 (w/w). In this condition the delignified bagasse could be saccharified by crude cellulase enzym from Aspergillus niger. Saccharification enzimatically of 2 g delignified bagasse at 50oC pH 4,8 during 120 hours produced reducing sugar of 54.47 mg/100 ml. Keywords: Bagasse, Delignification, Sodium hydroxide, Crude cellulase enzym, Aspergillus niger, Saccharification

PENDAHULUAN Kebutuhan energi dunia akan terus meningkat sejalan dengan pertambahan penduduk dan pertumbuhan ekonomi yang diperkirakan akan tumbuh rata-rata 1,7% hingga 2030. Permintaan energi tumbuh sangat pesat, sedangkan pasokan minyak bumi berkurang dan tidak stabil, dan munculnya pemanasan global dengan penggunaan bahan bakar fosil telah menghidupkan kembali minat yang kuat dalam mencari sumber-sumber energi alternatif dan terbarukan.[1] Energi baru terbarukan yang cukup potensial dikembangkan di masa mendatang adalah energi biomasa.

Ada tiga cara pemanfaatan energi biomassa atau disebut juga bioenergi, yaitu pembakaran langsung, pemanfaatan gas biomassa, dan konversi menjadi bahan bakar cair (bioetanol dan biodiesel).[2] Di antara ketiganya, bioetanol merupakan komoditas yang dibutuhkan pada masa kini dan masa mendatang serta akan mengalami peningkatan produksi yang signifikan karena banyaknya bahan baku yang dapat digunakan untuk pembuataan bioetanol. Etanol telah diterima sebagai salah satu bahan bakar cair untuk transfortasi yang dapat menggantikan bahan bakar minyak bumi.[3]

Off print request to: Ida Bagus Wayan Gunam, Ni Made Wartini, Anak Agung Made Dewi Anggreni dan Pande Made Suparyana

24

Delignifikasi Ampas Tebu dengan ... | Ida Bagus Wayan Gunam, dkk.

Bioetanol dapat diproduksi dari bahan yang mengandung gula, bahan berpati, dan bahan berselulosa. Konversi gula-gula sederhana menjadi etanol cukup mudah, sedangkan untuk bahan berpati dan berselulosa lebih sulit. Namun, khususnya limbah lignoselulosa tersedia sangat melimpah, mudah didapat, murah, tidak dapat dimakan dan belum dimanfaatkan secara optimal, potensial untuk digunakan sebagai bahan baku produksi energi terbarukan di masa mendatang. Ampas tebu merupakan hasil samping dari proses ekstraksi tebu. Hasil penelitian pendahuluan menunjukkan bahwa ampas tebu merupakan bahan baku pembuatan bioetanol terbaik dibandingkan dengan jerami padi, jerami jagung, dan serbuk gergaji kayu.[4,5] Biomassa lignoselulosa, seperti residu pertanian, limbah kehutanan, kertas bekas, dan tanaman energi, telah lama diakui sebagai sumber gula yang potensial dan berkelanjutan untuk biotransformasi ke biofuel dan nilai tambah produkproduk berbasis-bio.[1,6] Biomassa lignoselulosa sangat sulit untuk dibiotransformasi, baik dengan mikroba maupun enzim. Hal ini yang membatasi penggunaannya dan menghambat konversinya menjadi produk bernilai tambah.[1] Pada limbah lignoselulosa terdapat lignin yang berperan sebagai pelindung selulosa terhadap serangan enzim pemecah selulosa. Komposisi kimia dan struktur yang demikian membuat bahan yang mengandung selulosa bersifat kuat dan keras, sedangkan adanya ikatan hidrogen menyebabkan selulosa tidak larut dalam air.[7, 8] Lignoselulosa perlu diberi perlakuan delignifikasi untuk mengurangi atau menghilangkan hambatan-hambatan tersebut. Perlakuan pendahuluan pada lignoselulosa dapat dilakukan secara fisikawi, kimiawi, dan biologis. Perlakuan pendahuluan secara kimiawi yang dapat dilakukan adalah perlakuan dengan asam, alkali, dan reagen pelarut selulosa. Perlakuan delignifikasi yang digunakan dalam penelitian ini berupa perlakuan kimiawi menggunakan NaOH dengan pengaturan konsentrasi dan lama perendaman substrat. NaOH dipilih karena larutan ini cukup efektif dalam meningkatkan hasil hidrolisis, dan relatif lebih murah dibandingkan dengan reagen kimia lainnya.[5,9]

Hidrolisis secara enzimatis memiliki beberapa keuntungan jika dibandingkan dengan hidrolisis asam, antara lain: tidak terjadi degradasi gula hasil hidrolisis, kondisi proses yang lebih lunak (suhu rendah, pH netral), berpotensi memberikan hasil yang tinggi, dan biaya pemeliharaan peralatan relatif rendah karena tidak ada bahan yang korosif. [10,11] Di sisi lain, harga enzim saat ini mahal, untuk itu digunakan enzim kasar dari Aspergillus niger untuk menurunkan biaya dan meningkatkan efisiensi sakarifikasi. Enzim tersebut digunakan sebagai biokatalis reaksi sakarifikasi selulosa menjadi gula pereduksi. Berdasarkan hal tersebut, perlu dilakukan penelitian untuk mendapatkan perlakuan delignifikasi selulosa ampas tebu yang terbaik sehingga dapat digunakan dalam proses sakarifikasi enzimatis menggunakan enzim selulase kasar dari kapang Aspergillus niger.

BAHAN DAN METODE Strain, kultur media, dan bahan kimia Strain mikroba yang digunakan adalah kapang Aspergillus niger FNU 6018 diperoleh dari Laboratorium Mikrobiologi PAU Pangan dan Gizi, UGM. Media untuk pemeliharaan dan peremajaan kultur yang digunakan adalah media Potato Dectrose Agar (PDA). Bahan baku berupa ampas tebu diambil dari Pabrik Gula Candi Baru Sidoarjo, Jatim. Bahan kimia yang digunakan, yaitu NaOH, H2SO4, aquades, NaH2PO4, CaCl2, KH2PO4, MgCl2, Urea, Dinitrosalicylic Acid (DNS), glukosa, asam sitrat, Na-sitrat, dan buffer sitrat.

Proses delignifikasi Proses delignifikasi dilakukan sebagai berikut: serbuk ampas tebu direndam sebanyak 30 g dalam larutan NaOH pada konsentrasi larutan 0, 2, 4 dan 6% pada gelas beker dengan perbandingan 1:15 (serbuk ampas tebu: larutan NaOH) selama 0, 4, 8, 12, dan 24 jam pada suhu kamar. Pada delignifikasi serbuk ampas tebu untuk substrat sakarifikasi dilakukan pada suhu kamar, tetapi untuk delignifikasi substrat dalam pembuatan enzim selulase kasar dilakukan pada suhu

25

Jurnal Teknologi Indonesia, Volume 34, Edisi Khusus 2011

121oC. Perlakuan delignifikasi serbuk ampas tebu untuk substrat sakarifikasi mengggunakan suhu kamar bertujuan untuk mengurangi biaya. Kemudian dilakukan pencucian sampai netral dan pengeringan pada oven (Cole Parmer) suhu 105oC sampai kering. Serbuk ampas tebu terdelignifikasi dianalisis sifat fisikokimianya untuk menentukan perlakuan terbaik yang akan digunakan pada proses sakarifikasi. Perlakuan delignifikasi terbaik adalah perlakuan yang menghasilkan produk dengan kadar selulosa dan nilai retensi air yang tertinggi, serta kadar lignin yang terendah.

Penyiapan kultur kerja A. niger Kultur kerja dipersiapkan dengan menginokulasikan kapang A. niger yang telah diremajakan (dari kultur stok) ke dalam media agar miring yang telah dipersiapkan sebelumnya. Spora biakan murni A. níger ditumbuhkan dengan cara menggores pada permukaan media (1 ose per tabung). Biakan murni tersebut diinkubasi pada 25–27oC selama tujuh hari.

Produksi enzim selulase Sebanyak 10 ml aquades steril dituangkan masing-masing ke dalam biakan A. niger dalam agar miring, kemudian dikocok agar spora terlepas ke dalam fase cair. Sebanyak 2 g serbuk ampas tebu dimasukkan ke dalam erlenmeyer 100 ml dan ditambahkan larutan nutrien dan mineral dengan perbandingan 1:1 terhadap substrat. Larutan nutrient dan mineral ini mengandung NaH2PO4 4,7%, CaCl 2 0,1%, KH2PO4 1,02%, MgCl2 0,02% dan urea 0,3%. Media yang telah berisi larutan nutrien dan mineral diatur pH-nya dengan menambahkan HCl 5 N sehingga menjadi pH awal 6, selanjutnya disterilisasi pada 121oC selama 15 menit dalam autoclave (Cole Parmer). Suspensi spora dibuat dari A. niger yang berumur tujuh hari, ditambahkan ke dalam medium fermentasi pada konsentrasi 10% dan diaduk secara aseptis di atas rotary shaker (Gfl), selanjutnya dilakukan fermentasi selama sembilan hari.

26

Pemanenan enzim kasar dilakukan pada akhir fermentasi. Enzim kasar dalam erlenmeyer diaduk dan dikocok, lalu disaring dengan kertas saring. Filtrat yang sudah dipisahkan dari substratnya merupakan enzim kasar yang siap digunakan pada proses sakarifikasi. Sebelum digunakan, enzim selulase kasar tersebut diuji aktivitasnya terlebih dahulu.

Proses sakarifikasi dengan selulase kasar dari A. niger Serbuk ampas tebu terdelignifikasi terbaik ditimbang sebanyak 2 g untuk disakarifikasi dengan enzim selulase kasar dari kapang tersebut. Sebelum disakarifikasi substrat diberi buffer sitrat 0,05 M pH 4,8 sebanyak 100 ml dan ditambahkan akuades sampai volumenya menjadi 200 ml. Kemudian pH-nya diatur menjadi 4,8 dengan cara menambahkan Na-Sitrat 0,1M. Sampel tersebut diberi larutan enzim selulase kasar sebanyak 15 FPU/g substrat dan segera diinkubasikan pada waterbath shaker bersuhu 50oC selama 120 jam. Kemudian sampel diambil pada akhir sakarifikasi, hasil sakarifikasi ini disaring dan supernatan dipindahkan ke dalam wadah khusus. Supernatan selanjutnya dianalisis kadar gula reduksinya (glukosa).

Analisis Bahan baku berupa serbuk ampas tebu sebelum dan sesudah perlakuan delignifikasi dilakukan analisis: kadar selulosa, hemiselulosa, lignin,[7,12] dan nilai retensi air.[13] Pada produksi enzim selulase kasar dari A. niger, kultur filtratnya dilakukan uji aktivitas filter paperase.[14] Setelah sakarifikasi substrat ampas tebu secara enzimatis, dilakukan analisis kadar gula reduksi equivalen glukosa menggunakan metode Nelson-Somogyi.[15] Penelitian ini merupakan percobaan pola fak torial dengan menggunakan Rancangan Acak Kelompok (RAK), yang dikelompokkan berdasarkan waktu pelaksanaannya. Data yang diperoleh kemudian dianalisis dengan sidik ragam (Anova) dan apabila terdapat pengaruh perlakuan yang nyata maka dilanjutkan dengan uji Duncan.


HASIL DAN PEMBAHASAN Sifat fisikokimia serbuk ampas tebu Ampas tebu sebelum dipergunakan pada proses delignifikasi, terlebih dahulu dilakukan tahapan pengecilan ukuran. Tahapan ini dilakukan dengan menghancurkan ampas tebu yang sudah kering menggunakan alat penggiling sampai lolos ayakan 60 mesh sehingga diperoleh serbuk ampas tebu yang seragam. Serbuk ampas tebu digunakan sebagai bahan baku utama dalam penelitian ini. Oleh karena itu, perlu diketahui sifat fisikokimianya. Sifat fisikokimia ampas tebu yang dianalisis meliputi: kadar air, selulosa, hemiselulosa, lignin, fraksi larut air panas (LAP), dan nilai retensi air (NRA). Hasil analisis fisikokimia serbuk ampas tebu dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Sifat fisikokimia ampas tebu Komponen ampas tebu

Sampel (%)

Referensi (%)a[7]

(%)

Air

7,92

9,67

-

NRA

5,10

13,88

-

LAP

25,37

7,86

[16]

Selulosa

40,59

42,67

37,65 –52[17]

Hemiselulosa

15,91

26,26

15[16]–29[18]

Lignin

17,50

17,65

13[18]–30[16]

-

5,57

8,80[17]

Abu

Sumber: 7Gunam (1997); 16Husin (2007 dalam Anwar (2008) 17Blackburn (1984); 18Marsden dan Gray (1986);

Komponen serat kasar ampas tebu yang diperoleh dari penelitian terdiri dari selulosa sebesar 40,59%, hemiselulosa 15,91%, dan lignin 17,50%. Kandungan komponen serat tersebut hampir sama dengan data pada referensi (Tabel 1). Selulosa merupakan polimer glukosa dengan ikatan β-1,4 glikosidik yang jika dihidrolisis akan menghasilkan glukosa, sedangkan hemiselulosa akan menghasilkan campuran gula yang terdiri dari glukosa, xilosa, galaktosa, arabinofiranosa, arabinofuranosa dan manosa.[1] Glukosa, manosa dan galaktosa merupakan gula dari golongan heksosa, sedangkan xilosa dan arabinosa merupakan gula dari golongan pentosa.[19] Oleh karena itu, ampas tebu berpotensi bila dijadikan produk bernilai ekonomis yang berbasis selulosa sebagai

sumber glukosa dalam fermentasi bioetanol dan produk-produk lainnya.

Aktivitas enzim selulase Enzim yang digunakan dalam penelitian ini diproduksi dari proses fermentasi kapang Aspergillus niger FNU 6018. Hasil fermentasi enzim yang dihasilkan bergantung pada jenis substrat, jenis mikroba dan kondisi lingkungan yang dapat memengaruhi pertumbuhan dan metabolisme mikroba. Selain itu, media fermentasi sebagai penyedia nutrien sangat dibutuhkan oleh mikroba untuk memperoleh energi, bahan pembentukan sel dan biosintesis produk metabolisme.[19] Produksi enzim selulase dalam penelitian ini menggunakan substrat serbuk ampas tebu. Serbuk ampas tebu digunakan sebagai bahan penginduksi selulase karena mengandung selulosa yang dapat digunakan sebagai sumber karbon untuk pertumbuhan mikroba. Aspergillus niger pada proses fermentasi dalam menghasilkan enzim selulase memerlukan mineral (NH4)2SO4, KH2PO4, MgSO4, Urea, CaCl2.7H2O, FeSO4, MnSO4.H2O. Proses fermentasi dilakukan pada suhu 50oC pH 4,8 selama sembilan hari dengan menggunakan shaker pada kecepatan 120 rpm. Enzim selulase kasar dari kapang Aspergillus niger yang dihasilkan memiliki aktivitas filter paperase sebesar 0,747 U/ml.

Proses delignifikasi Variabel yang diamati pada hasil proses delignifikasi, yaitu nilai retensi air dan kadar komponen serbuk ampas tebu terdelignifikasi (hemiselulosa, selulosa, dan lignin). Nilai Retensi Air (NRA) Nilai retensi air merupakan perbandingan berat basah dan berat kering bahan setelah direndam air selama 12 jam. Nilai retensi air meningkat pada semua serbuk ampas tebu yang diberi perlakuan delignifikasi. NRA pada bahan baku yang belum didelignifikasi adalah 7,24. Nilai rata-rata NRA serbuk ampas tebu terdelignifikasi dapat dilihat pada Tabel 2.

27


Tabel 2. Nilai rata-rata NRA serbuk ampas tebu terdelignifikasi Konsentrasi NaOH (%)

Lama Perendaman (jam)

0

2

4

8,06 g

12,48 f

13,27 de 14,62 c

8

8,25 g

12,53 f

13,72 d

12

8,33 g

12,64 f

14,29 c 15,90 ab

24

8,32 g

12,84 ef

14,45 c

4

6

15,38 b 16,24 a

Keterangan: huruf sama di belakang nilai rata-rata menunjukkan perbedaan tidak nyata (P>0,05)

Data pada Tabel 2 terlihat bahwa NRA semakin meningkat dengan meningkatnya konsentrasi dan lama perendaman dengan larutan NaOH. Nilai rata-rata NRA serbuk ampas tebu terdelignifikasi dengan perlakuan perendaman pada konsentrasi NaOH 6% selama 24 jam tidak berbeda dengan perlakuan perendaman pada konsentrasi NaOH 6% selama 12 jam. Larutan NaOH dapat meningkatkan penggembungan dan menurunkan derajat kristalinitas selulosa pada tingkat tertentu, karena NaOH dapat memutuskan ikatan hidrogen terutama ikatan inter-molekul selulosa. Putusnya ikatan hidrogen terutama ikatan inter-molekul selulosa menyebabkan air yang diserap lebih banyak sehingga NRA meningkat. Nilai retensi air yang tinggi menunjukkan bahwa penyerapan air lebih banyak, hal ini berarti akan dapat meningkatkan penyerapan enzim selulase ke dalam substrat selulosa.[7] Disamping itu, enzim selulase sendiri sangat membutuhkan air dalam menghidrolisis selulosa menjadi gula-gula sederhana. Kondisi ini akan dapat membantu meningkatkan hasil sakarifikasi selulosa tersebut.

Kadar komponen serbuk ampas tebu terdelignifikasi Kadar komponen serbuk ampas tebu terdelignifikasi meliputi: selulosa, lignin, dan hemiselulosa. Tabel 3 menunjukkan bahwa nilai ratarata selulosa serbuk ampas tebu terdelignifikasi dengan perlakuan perendaman pada konsentrasi NaOH 4% selama delapan jam tidak berbeda dengan perlakuan perendaman pada konsentrasi NaOH 4% selama 12 dan 24 jam. Pada kondisi tersebut, juga tidak berbeda dengan perlakuan perendaman pada konsentrasi NaOH 6% selama 4, 8, 12, dan 24 jam. Nilai rata-rata kadar selulosa serbuk ampas tebu terdelignifikasi dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Nilai rata-rata kadar selulosa serbuk ampas tebu terdelignifikasi Konsentrasi NaOH (%)


0

4 8

43,00 f 42,90 f

67,83 bc 60,45 e

64,08 de 69,41 a 69,34 ab 70,20 a

12 24

42,67 f 42,91 f

66,38 cd 68,46 b

72,31 a 72,49 a 72,64 a 72,21 a

2

28

6

Keterangan: huruf sama di belakang nilai rata-rata menunjukkan perbedaan tidak nyata (P>0,05)

Nilai rata-rata kadar hemiselulosa serbuk ampas tebu setelah proses delignifikasi dapat dilihat pada Tabel 4. Sementara itu, nilai rata-rata kadar lignin disajikan pada Tabel 5 dan untuk lebih jelasnya perubahan nilai rata-rata kadar lignin serbuk ampas tebu terdelignifikasi dapat dilihat juga dalam bentuk grafik (Gambar 1).

Tabel 4. Nilai rata-rata kadar hemiselulosa serbuk ampas tebu terdelignifikasi Konsentrasi NaOH (%)


0

2

4

6

4

19,76

11,40

10,93

10,06

13,04 a

8

19,28

11,65

10,29

9,77

12,75 ab

12

16,26

10,87

9,39

9,09

11,41 c

24

17,00

10,77

10,24

9,96

11,99 bc

18,07 a

11,17 b

10,21 cd

9,72 d

Rerata

4

Rerata


Tabel 5. Nilai rata-rata kadar lignin serbuk ampas tebu terdelignifikasi Konsentrasi NaOH (%)


0

2

4

6

4

17,64

14,67

13,61

12,21

14,53 a

8

17,28

15,21

12,88

13,52

14,73 a

12

17,65

13,75

11,13

11,88

13,60 a 14,12 a

24 Rerata

Rerata

17,68

12,93

13,99

11,90

17,56 a

14,14 b

12,90 bc

12,38 c

Keterangan: Huruf sama di belakang nilai rata-rata pada baris dan kolom menunjukkan perbedaan tidak nyata (P>0,05)

20

Konsentrasi NaOH

Kadar Lignin (%)

16

0% 2%

12

4% 6%

8 4 0 0

5

10

15

20

25

30


Gambar 1. Kadar lignin ampas tebu terdelignifikasi pada perlakuan konsentrasi NaOH dan lama perendaman yang berbeda

Besarnya kehilangan hemiselulosa dan lignin mengakibatkan persentase selulosa serbuk ampas tebu yang diberi perlakuan delignifikasi menjadi meningkat dari 40,59% pada bahan baku menjadi 42,67–72,64% (data tidak diperlihatkan). Semakin tinggi konsentrasi dan lama perendaman dengan NaOH maka semakin tinggi kadar selulosa, sedangkan hemiselulosa, dan lignin semakin rendah (Tabel 3, 4 dan 5). Perlakuan ini dapat melonggarkan struktur berkas selulosa yang ditunjukkan dengan terlepasnya lignin dan hemiselulosa, masing-masing sampai 32,11% dan 42,87%, dan nilai retensi air yang tinggi 15,90 (b/b). Molekul hemiselulosa yang larut dalam alkali adalah rantai pendek dan rantai

cabang serta terjadi asetilasi gugus substituen pada hemiselulosa, sedangkan ikatan glikosidik intra-molekul hemiselulosa sulit dihidrolisis. NaOH mampu menghilangkan sebagian lignin dan hemiselulosa yang melindungi molekul selulosa serbuk ampas tebu, sekaligus mampu memutuskan ikatan hidrogen terutama ikatan inter molekul selulosa sehingga selulosa berada dalam keadaan tidak terikat. Keadaan ini menyebabkan selulosa menjadi longgar baik terhadap ikatan dengan komponen non-selulosa maupun pada selulosanya sendiri sehingga enzim selulase dapat lebih mudah kontak dengan selulosa yang akhirnya hidrolisis selulosa menjadi gula-gula sederhana dapat berjalan lebih sempurna.[18]

29


Penentuan kondisi perlakuan yang optimal dalam penelitian ini dilakukan untuk memperoleh perlakuan kimiawi yang paling optimal dengan menggunakan NaOH untuk delignifikasi sebelum proses sakarifikasi. Dalam menentukan perlakuan yang paling optimal dibandingkan nilai analisis selulosa, nilai retensi air dan lignin menggunakan hasil uji Duncan. Bila dibandingkan nilai analisis tersebut dapat dilihat perlakuan dengan konsentrasi NaOH 6% dan waktu perendaman 12 jam memberikan kondisi yang paling optimal (data tidak diperlihatkan).

Proses sakarifikasi Sakarifikasi secara enzimatis dalam penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan glukosa yang nantinya dapat digunakan dalam proses fermentasi pembuatan bioetanol. Pada dasarnya, prinsip sakarifikasi adalah memutuskan rantai polimer bahan menjadi unit-unit monomer yang lebih sederhana. Pemutusan rantai polimer tersebut dapat dilakukan secara kimiawi (asam) dan enzimatis. Sakarifikasi enzimatis memiliki beberapa keuntungan dibandingkan sakarifikasi asam, antara lain: tidak terjadi degradasi gula hasil hidrolisis, kondisi proses yang lebih lunak (suhu rendah), berpotensi memberikan hasil yang tinggi, dan biaya pemeliharaan peralatan relatif

30

rendah karena tidak ada bahan yang korosif.[10,11] Enzim selulase yang digunakan dalam proses sakarifikasi pada penelitian ini, yaitu enzim kasar yang diproduksi dari proses fermentasi kapang Aspergillus niger. Enzim selulase kasar dari kapang Aspergillus niger yang dihasilkan memiliki aktivitas filter paperase sebesar 0,747 FPU/ml. Penelitian pendahuluan menunjukkan bahwa laju peningkatan gula reduksi semakin berkurang dengan meningkatnya waktu sakarifikasi, terutama setelah 120 jam sakarifikasi. Dalam penelitian ini, tahap sakarifikasi dilakukan pada suhu 50oC, pH 4,8 selama 120 jam, 120 rpm. Penambahan enzim selulase pada proses sakarifikasi sebanyak 15 FPU/g substrat. Enzim selulase yang ditambahkan dapat menghidrolisis fraksi serat terutama selulosa yang mempunyai ikatan β-1,4 glikosida untuk menghasilkan glukosa. Peningkatan konsentrasi gula pereduksi dapat disebabkan oleh serangan selulase secara sinergis antara endoglukanase, selobiohidrolase, dan β-glukosidase. Pada tahap awal endoglukanase menghidrolisis ikatan β-1,4 secara acak dan bekerja pada bagian amorf dari serat selulosa. Selanjutnya, selobiohidrolase menghidrolisis ujung rantai selulosa menghasilkan selobiosa, di mana selobiosa ini dihidrolisis oleh β-glukosidase menjadi glukosa.[19] Hasil sakarifikasi enzimatis menggunakan 2 g serbuk ampas tebu terdelignifikasi terbaik memiliki kadar gula reduksi sebesar 54,47 mg/100 ml. Grafik kadar gula reduksi sakarifikasi enzimatis serbuk ampas tebu terdelignifikasi terbaik dapat dilihat pada Gambar 2.

60 50

Gula Reduksi (mg/100 ml)

Pengaruh alkali terhadap penghilangan lignin terutama disebabkan oleh labilnya ikatan ester antara selulosa dan kompleks lignin. Lignin yang terlepas kemudian berikatan dengan alkali membentuk kompleks lignin-alkali yang larut dalam.[20] Penghilangan lignin pada lignoselulosa yang kadar ligninnya sama, tetapi sumbernya berbeda membutuhkan kepekatan larutan NaOH yang berbeda. Sebaliknya, jenis lignoselulosa yang sama, tetapi kadar ligninnya yang berbeda membutuhkan kepekatan larutan NaOH yang berbeda pula. NaOH dapat memutus ikatan antara selulosa dengan hemiselulosa dan lignin. Di samping itu, dapat pula memutus ikatan-ikatan yang ada pada masing-masing komponen, seperti ikatan hidrogen dan ikatan kovalen. Hal ini terlihat dari perubahan kadar senyawa tersebut yaitu persentase selulosanya meningkat, sedangkan hemiselulosa dan ligninnya menurun.[18]

40 30 20 10 0 0

20

40

60

80

100

120

140

Waktu Inkubasi (jam)

Gambar 2. Grafik kadar gula reduksi hasil sakarifikasi enzimatis selulosa ampas tebu terdelignifikasi terbaik


KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa konsentrasi larutan NaOH 6% dan lama perendaman 12 jam, menghasilkan serbuk ampas tebu terdelignifikasi terbaik dengan kadar selulosa, hemiselulosa, lignin, dan nilai retensi air berturut-turut adalah 72,49%, 9,09%, 11,88%, dan 15,90 (b/b). Perlakuan ini dapat melonggarkan beberapa struktur berkas selulosa ditunjukkan dengan terlepasnya lignin dan hemiselulosa, masing-masing sampai 32,11 dan 42,87%. Sakarifikasi enzimatis menggunakan enzim selulase kasar dari A. niger pada ampas tebu terdelignifikasi dengan perlakuan terbaik sebanyak 2 g selama 120 jam menghasilkan gula reduksi sebesar 54,47 mg/100 ml.

[7]

[8]

[9]

UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Universitas Udayana yang telah membiayai penelitian ini melalui skema Hibah Penelitian Strategis Nasional Nomor kontrak No: 0229.0/023-04.2/ XX/2009.

[10]

[11]

DAFTAR PUSTAKA [1]

[2] [3]

[4]

[5]

[6]

Lee, S.H., T.V. Doherty, R.J. Linhardt, J.S. Dordick. (2009). Ionic Liquid Mediated Selective Extraction of Lignin From Wood Leading to Enhanced Enzymatic Cellulose Hydrolysis. Biotechnology and Bioengineering, 102(5): 1368–1376. Prihandana, R. dan R. Hendroko. (2007). Energi Hijau. Jakarta: Penebar Swadaya. Khalil A.M., Al-Shawabkeh A.F., Mazahreh A.S., Al-Damanhoory M.S. and Quasem J.M. (2009). Utilization of Soft Wood Wastes as a Feed Stock to Produce Fuel Ethanol. J. of Engineering and Applied Sciences, 2(2): 451–455. De Garmo E.P., Sullivan W.G. and Canada J.R. (1984). Engineering Economy. Seventh Edition. New York: Macmillan Publishing Company. Gunam I.B.W., Antara N. S., dan Anggreni A.A.M.D.. (2009). Pemanfaatan limbah lignoselulosa sebagai bahan baku pembuatan bioetanol dengan teknik sel terimobilisasi. Denpasar: Laporan Penelitian Hibah Strategis Nasional, Universitas Udayana. Himmel M.E., Ding Shi-You, Johnson D.K, Adney W.S, Nimlos M.R., Brady J.W. and

[12]

[13] [14]

[15]

[16]

[17]

[18]

Foust T.D. (2007). Biomass Recalcitrance: Engineering Plants and Enzymes for Biofuels Production Science 315, 804 DOI: 10.1126/ science.1137016 Gunam I.B.W. (1997). Perlakuan kimiawi ampas tebu tanpa pencucian sebagai perlakuan pendahuluan untuk hidrolisis enzimatis selulosanya. Tesis Master. Yogyakarta: Program Studi Ilmu dan Teknologi Pangan, Program Pasca Sarjana, Universitas Gadjah Mada. Ingram L. O., Gomez P. F., Lai X. Moniruzzaman M., Wood B. E., Yomano L. P., York S. W. (1997). Metabolic Engineering of Bacteria for Ethanol Production. Biotechnology and Bioengineering, 58: 2–3. Gunam I.B.W., Buda K., dan Guna I M.Y.S. (2010). Pengaruh perlakuan delignifikasi dengan larutan NaOH dan konsentrasi substrat jerami padi terhadap produksi enzim selulase dari Aspergillus niger NRRL A-II, 264. Jurnal Biologi, 14(2): 55–61. Hamelinck C.N., Hooijdonk G.V., and Faaij A.P.C. (2005). Ethanol from lignocellulosic biomass: techno-economic performance in short-, middle- and long-term. Biomass and Bioenergy, 28: 384–410. Taherzadeh M. J. and Karimi K. (2007). Enzyme-based hydrolysis processes for ethanol from lignocellulosic materials: a review. BioResources, 2: 707–738. Datta R. (1981). Acidogenic Fermentation of Lignocellulose-Acid Yield and Conversion of Component. Biotechnol. Bioeng., P: 2167– 2170 Browning B.L. (1967). Methods of Wood Chemistry. New York: Inter-science Publishers, Darwis A.A. dan Sukara T. (1990). Isolasi, Purifikasi dan Karakteristik Enzim. Bogor: PAU Bioteknologi IPB. Sudarmadji S., Haryono B. dan Suhardi. (1984). Prosedur Analisa untuk Bahan Makanan dan Pertanian. Yogyakarta: Penerbit Liberty, Blackburn F. (1984). Sugar-cane. New York: Published in The United States of America by Longman Inc. Anwar S. (2008). Ampas Tebu. http://bioindustri.blogspot.com/2008/04/ ampas- tebu.html. Diakses tanggal 27 November 2009. Marsden W.L and Gray P.P.. (1986). Enzymatic Hydolysis of Cellulase in Lignocellulosic Material. CRC. Critical Review in Biotechnology 3: 235–267.

31


[19] Arnata I W. (2009). Pengembangan Alternatif Teknologi Bioproses Pembuatan Bioetanol dari Ubi Kayu Menggunakan Trichordema viride, Aspergillus niger dan Saccharomyces cerevisiae. Tesis Master. Bogor: Program Studi Teknologi Industri Pertanian, Program Pasca Sarjana, Institut Pertanian Bogor.

Diterima: 30 Mei 2011

32

[20] Dale B. E. and Moreira M. J. A. (1982). freezeexplosion technique for increasing cellulose hydrolysis. Biotechnol. Bioeng. Symp. Ser., 12: 31–43.

Revisi: 9 Agustus 2011

Disetujui: 16 Agustus 2011

PENDAHULUAN. Teknologi Indonesia LIPI Press Volume 34, Edisi Khusus 2011

Recommend Documents