Bab III
Peralatan dan Metoda
III.1 Metodologi Seperti yang telah diuraikan diatas bahwa tujuan utama penelitian ini adalah mempersiapkan selulosa dari biomassa (tanaman lignoselulosa) agar dapat lebih mudah dihidrolisis oleh enzim melalui suatu pengolahan awal (pretreatment) terhadap bahan lignoselulosa tersebut. Pretreatment ini dimaksudkan untuk memisahkan lignin dan hemisesulosa dari lignoselulosa, dengan memperhatikan sifat-sifat kelarutan masing-masing bahan. Pemisahan ini diharapkan
dapat
dilakukan pada kondisi yang tidak berbahaya, maksudnya pada tekanan dan temperatur lingkungan. Hal ini juga dimaksudkan untuk menghemat pemakaian energi. Ada dua tahapan yang akan dilakukan pada penelitian ini : 1. Tahap pertama, penyeleksian senyawa amoniak dan amin pada proses pemisahan lignin (delignifikasi) dengan menggunakan sumber lignoselulosa yang berbeda dari penelitian Cao sebelumnya tetapi tetap memakai jenis asam yang sama, yaitu asam klorida encer. Tahap ini dikerjakan dalam tiga langkah, yaitu : a. Langkah pertama adalah dengan menggulang kembali penelitian Cao (1996) sampai diperoleh hasil seperti yang dilaporkan oleh Cao. b. Langkah kedua adalah mengganti sumber lignoselulosa dari langkah pertama diatas, dari tongkol jagung menjadi tandan kosong sawit (tks). c. Langkah ketiga adalah mengganti pelarut amoniak dengan pelarut dari senyawa amina dengan bahan lignoselulosa yang digunakan pada langkah kedua. 2. Tahapan kedua adalah melakukan beberapa variasi perlakuan (variabel percobaan) yang dapat mengoptimalkan proses pemisahan tersebut dengan menggunakan tandan kosong sawit sebagai bahan lignoselulosa.
20
Prosedur pelaksanaan percobaan yang dilakukan mengikuti prosedur yang telah dilakukan oleh Cao dkk (1996), seperti yang ditunjukkan oleh Gambar III.1. Pertama, bahan lignoselulosa dilarutkan dalam pelarut amoniak atau senyawa amina selama 24 jam. Kemudian dilakukan penyaringan untuk memisahkan larutan tersebut dari padatannya. Amoniak dipisahkan dari lignin dengan cara evaporasi pada kondisi vakum. Untuk menghilangkan sisa-sisa kandungan amoniak pada padatan biomassa, maka dilakukan pencucian dan pengeringan dengan menggunakan oven. Biomassa yang telah kehilangan lignin (holoselulosa) kemudian diekstraksi dengan menggunakan asam encer (HCl). Hal ini bertujuan untuk menghilangkan atau memisahkan kandungan hemiselulosa bahan. Hemiselulosa akan terlarut dalam asam (hidrolisat hemiselulosa), sehingga padatan yang tertinggal hanya mengandung selulosa saja. Hidrolisat hemiselulosa yang telah dipisahkan dari padatan kemudian dinetralkan dengan menggunakan NaOH yang dilanjutkan dengan pemisahan garam yang terbentuk dengan menggunakan resin penukar anion. Selulosa yang tertinggal sebagai padatan dicuci untuk menghilangkan sisasisa asamnya, dan bahan siap untuk disakarifikasi oleh enzim untuk menghasilkan glukosa. Sebelum bahan siap untuk diproses, terlebih dahulu dilakukan pencucian dengan menggunakan air untuk menghilangkan debu yang melekat pada bahan. Terutama tandan kosong sawit, dimana debu melekat diantara serat-seratnya, sehingga harus dibersihkan karena akan mempengaruhi proses nantinya. Prosedur percobaan selengkapnya ditampilkan pada Lampiran A.
21
Bahan lignoselulosa Air demineralisasi
Pencucian
Pengeringan
Pelarut
Sisa pelarut
HCl 0,3 M
Enzim, buffer
Abu, zat warna
Air
Delignifikasi
Penyaringan
Pelarut, lignin
Pengeringan
Evaporasi
Hidrolisis asam
Pelarut
Lignin
Penyaringan
HCl, hemiselulosa
Pengeringan
HCl sisa
Hidrolisis enzimatik
Analisa glukosa
Gambar III.1 Diagram Prosedur kerja
22
III.2 Variabel Percobaan Seperti yang telah diuraikan diatas ada beberapa variasi perlakuan yang akan dilakukan, yaitu: a. jenis pelarut b. konsentrasi pelarut c. temperatur perendaman Tabel III.1 Variabel Percobaan No. Tempuhan Variabel Percobaan Jenis Pelarut : - Amoniak - Dietilamina - Isopropilamina Konsentrasi Pelarut : - Amoniak - Dietilamina - Isopropilamina Temperatur perendaman - Amoniak - Dietilamina - Isopropilamina
1
2
III.3 Bahan dan Peralatan III.3.1 Bahan Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut : a. Tongkol jagung Berasal dari daerah Cicalengka, Kabupaten Bandung, Jawa Barat. Digunakan sebagai bahan baku penghasil selulosa. b. Tandan kosong sawit (TKS) Berasal dari daerah Serang, Banten. TKS merupakan bahan baku utama dalam penelitian ini. c. NH4OH 21% Digunakan sebagai salah satu pelarut pada proses delignifikasi. Untuk selanjutnya larutan ini diencerkan sesuai dengan konsentrasi yang diinginkan.
23
d. Dietilamina Dietilamina juga merupakan salah satu pelarut pada proses delignifikasi. Diperoleh dalam kemurnian 99%, dan diencerkan sesuai dengan konsentrasi yang diinginkan. e. Isopropilamina Isopropilamina juga merupakan salah satu pelarut pada proses delignifikasi. Diperoleh dalam kemurnian 99% dengan merk dagang Merck, dan diencerkan sesuai dengan konsentrasi yang diinginkan. f. Asam Klorida (HCl) HCl digunakan pada proses hidrolisis asam terhadap bahan untuk memisahkan komponen hemiselulosanya. Pada penelitian ini digunakan HCl dengan konsentrasi 0,3 M, yang diperoleh dari pengenceran larutan HCl pekat (37%). g. Enzim Cellulase Enzim selulase diperoleh dari PT. Kristalindo Biolab, Surabaya. Dengan merk dagang MP Bio yang berasal dari Perancis. Sebelum digunakan terlebih dahulu dilakukan pengujian terhadap aktifitas enzim dengan menggunakan prosedur LAP-006 dari National Renewable Energy Laboratory (NREL) (Adney and Baker, 1996). Pengujian aktifitas tersebut memperoleh hasil bahwa aktifitas enzim selulase yang akan digunakan pada penelitian ini adalah 0,396 FPU/ml pada temperatur 50oC dan pH 4,8 (kondisi yang digunakan pada proses enzimatik). h. Air (H2O) Air yang digunakan adalah air demineralisasi, untuk pengenceran larutan dan pencucian bahan. i. Kertas saring Whitman No. 1 Digunakan pada uji aktifitas enzim dan hidrolisis enzimatik. j. Reagen Shaffer-Somogyi Digunakan untuk menentukan kadar glukosa yang dihasilkan dari proses hidrolisis enzimatik. Prosedur dan bahan-bahan yang digunakan dijelaskan dalam Lampiran B.
24
k. Buffer Sitrat Digunakan untuk mempertahankan pH pada proses hidrolisa enzimatik. Terdiri atas campuran 0,1
M asam sitrat dan 0,1 M Na-sitrat, yang
dicampurkan dengan komposisi tertentu untuk pH 4,8.
III.3.2 Peralatan Peralatan yang digunakan : a. Beaker Glass (gelas piala) 1000 ml Digunakan sebagai reaktor pada proses delignifikasi. Alat ini dilengkapi dengan penutup dari alumunium foil, dan batang pengaduk.
Gambar III.2 Reaktor delignifikasi. b. Peralatan refluks Digunakan pada proses hidrolisis asam. Terdiri atas 1 unit kondensor, labu destilasi 1000 ml, jaket pemanas, dan batang pengaduk dari kaca berikut motornya.
Gambar III.3 Peralatan refluks c. Penyaring Digunakan untuk menyaring bahan padatan dari larutannya. Terdiri atas seperangkat penyaring Goochner.
25
Gambar III.4 Peralatan penyaringan d. Oven Digunakan untuk mengeringkan bahan pada temperatur 50oC. e. Timbangan Digunakan untuk menimbang bahan yang akan dipakai pada tempuhan (run) percobaan, dengan ketelitian 0,001 gram. f. Gelas ukur 50 ml, 100 ml, 250 ml Digunakan untuk menakar larutan yang akan diencerkan. g. Labu ukur 50 ml, 100 ml, 250 ml, 500 ml, dan 1000 ml h. Erlenmeyer 200 ml Digunakan sebagai reaktor pada proses hidrolisis enzimatik, yang dilengkapi dengan penutup dari plastik. i. Penangas air (water bath) Disini digunakan dua jenis water bath: tanpa shaker (pengocok, gambar III.5.a), untuk tempat pemanas pada proses delignifikasi; dan menggunakan shaker (pengocok, gambar III.5.b) pada proses enzimatik.
(a)
(b)
Gambar III.5 Penangas air
26
j. Seperangkat alat titrasi Terdiri atas biuret 25 ml dan 50 ml; klim (penjepit); dan batangan standard. Digunakan untuk penentuan kadar glukosa dan penentuan konsentrasi pelarut bekas. k. Kertas pH universal dan pH digital Digunakan untuk menentukan pH larutan. l. Peralatan pendukung lainnya, seperti pipet volume 1 ml, 5 ml, dan 10 ml; pipet tetes; spatula; tabung reaksi.
III.4 Karakteristik III.4.1 Pengujian Lignin Untuk menganalisis kandungan lignin dalam bahan lignoselulosa adalah dengan menggunakan metoda Klason (Dietrich Fengel, 1984) yang tertuang dalam SII 0528 – 81. III.4.2 Pengujian Hemiselulosa Kadar hemiselulosa dalam bahan lignoselulosa dianalisis dengan menggunakan prosedur TAPPI Standard T 19 m – 50. III.4.3 Pengujian Selulosa Menggunakan metoda TAPPI Standard T 17 m – 55 III.4.4 Pengujian Kadar Abu Menggunakan metoda TAPPI Standard T 15 m - 80 III.4.5 Pengujian Kadar Air Menggunakan metoda ASTM D 1110 - 56 III.4.6 Pengujian Derajat Kemudahan Hidrolisis Selulosa Pengujian ini dilakukan dengan cara enzymatic saccharification terhadap selulosa dengan menggunakan enzim selulase, dan gula yang dihasilkan kemudian dianalisis dengan menggunakan metode Shaffer-Somogyi.
27
