PERMUKAAN RESPON PENGARUH AGITASI DAN LAMA DEGRADASI SELULOSA LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT OLEH KONSORSIUM KAPANG SECARA AEROBIK
DIAN SUKMA RIANY
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA* Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Permukaan Respon Pengaruh Agitasi Dan Lama Degradasi Selulosa Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Oleh Konsorsium Kapang Secara Aerobik adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Januari 2014 Dian Sukma Riany NIM F34090146
ABSTRAK DIAN SUKMA RIANY. Permukaan Respon Pengaruh Agitasi Dan Lama Degradasi Selulosa Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Oleh Konsorsium Kapang Secara Aerobik. Dibimbing oleh ENDANG GUMBIRA SA’ID dan PRAYOGA SURYADARMA. Permukaan respon dari laju agitasi dan waktu kultivasi diinvestigasi terhadap degradasi selulosa dalam Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS). Penentuan pengaruh faktor laju agitasi diukur pada kisaran nilai 100-150 rpm. Sementara, pengaruh dari waktu kultivasi dianalisis pada kisaran dua-enam hari. Pengaruh dari kedua faktor tersebut dianalisis menggunakan central point design dan permukaan respon dari hubungan kedua faktor pada degradasi selulosa ditentukan dengan rancangan Central Composit Design (CCD). Hasil penelitian menunjukkan bahwa laju agitasi dengan selang kepercayaan 89.22 % dan waktu kultivasi dengan selang kepercayaan 53.33 % akan berpengaruh negatif terhadap selulosa yang terdegradasi. Bentuk permukaan respon yang dihasilkan berdasarkan pengaruh laju agitasi dan waktu kultivasi adalah Y= 0.563333 0.218137X 1 - 0.087752X 2 - 0.071667X 1 2 + 0.002265X 1 X 2 + 0.098334X 2 2. Kata kunci: Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit, agitasi, waktu kultivasi, degradasi, selulosa, konsorsium, aerobik
ABSTRACT DIAN SUKMA RIANY. Response Surface of Agitation Effect and Cellulose Degradation Time of Palm Oil Mill Effluents by Fungal Consortia in Aerobic Condition. Supervised by ENDANG GUMBIRA SA’ID and PRAYOGA SURYADARMA. The response surface of agitation and cultivation time were investigated on the degradation of cellulose in palm oil mill effluents (POME). The effect of agitation was measured at range of 100 -150 rpm. Meanwhile, the effect of cultivation time was analyzed at range of two to six days. The influences of factors were analyzed by using center point design and response surface of relationship between both factors towards cellulose degradation was determined by using central composite design. As a result, the agitation rate was significantly (89.22 %) and cultivation time was significantly (53.33 %) reduced the cellulose degradation. The response surface of agitation rate and cultivation time effect was a saddle point with Y= 0.563333 - 0.218137X 1 - 0.087752X 2 - 0.071667X 1 2 + 0.002265X 1 X 2 + 0.098334X 2 2. Keyword: Palm Oil Mill Effluents, agitation, cultivation time, degradation, cellulose, concortia, aerobic
PERMUKAAN RESPON PENGARUH AGITASI DAN LAMA DEGRADASI SELULOSA LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT OLEH KONSORSIUM KAPANG SECARA AEROBIK
DIAN SUKMA RIANY
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
Judul Skripsi : Permukaan Respon Pengaruh Agitasi Dan Lama Degradasi Selulosa Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Oleh Konsorsium Kapang Secara Aerobik. Nama : Dian Sukma Riany NIM : F34090146
Disetujui oleh
Prof Dr Ir E.Gumbira Sa’id, MA Dev Pembimbing I
Dr Prayoga Suryadarma, STP MT Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Ir Nastiti Siswi Indrasti Ketua Departemen
Tanggal Lulus :
Judul Skripsi
Nama NIM
Permukaan Respon Pengaruh Agitasi Dan Lama Degradasi Selulosa Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Oleh Konsorsium Kapang Secara Aerobik. Dian Sukma Riany
F34090146
Disetujui oleh
, MADev Pembimbing I
Tanggal Lulus :
Dr Prayoga Suryadarma, STP MT Pembimbing II
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas segala karunia-Nya karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul penelitian yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Agustus – November 2013 ini ialah Permukaan Respon Pengaruh Agitasi Dan Lama Degradasi Selulosa Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Oleh Konsorsium Kapang Secara Aerobik. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih kepada para personalia di bawah ini : 1. Bapak Prof Dr Ir Endang Gumbira Sa’id MA Dev dan Bapak Dr Prayoga Suryadarma STP MT selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberikan arahan, ilmu, nasihat serta bimbingan baik selama penulis menjalani kegiatan akademis, penelitian dan penulisan skripsi. 2. Ibu Dr Ir Ika Amalia MT selaku dosen penguji yang telah banyak memberikan saran untuk penyempurnaan skripsi ini. 3. Pabrik Kelapa Sawit (PKS) PTPN VII Rojosari Lampung dan PT Condong Garut atas bantuan pengadaan sampel limbah cair pabrik kelapa sawit untuk penelitian, khususnya kepada Bapak Sumarno, Bapak Undang Kadarisman dan Bapak Yanto. 4. Pimpinan Pusat Penelitian Sumberdaya Hayati dan Bioteknologi (PPSHB) Pusat Antar Universitas IPB yang telah mengizinkan penulis melakukan penelitian di Laboratorium Rekayasa Bioproses. 5. Seluruh staf dan laboran Departemen Teknologi Industri Pertanian atas bimbingannya kepada penulis selama melakukan penelitian ini, 6. Orangtua (ayah, ibu), kakak, seluruh keluarga dan Chandra Yudhystira Sulistyansyah atas pengertian, pengorbanan, kasih sayang, dukungan, semangat dan doa-doanya. 7. Rekan sesama tim penelitian (Lianitha Kurniawati, Ricky Susanto Putra, Budimandra Harahap) atas kekompakkan, kerja sama dan kebersamaannya. 8. Seluruh teman-teman Teknologi Industri Pertanian (TIN), khususnya angkatan 46 atas persaudaraan dan persahabatan yang telah terjalin. 9. Teman-teman Uni Konservasi Fauna (UKF) IPB dan Himpunan Mahasiswa Teknologi Industri (HIMALOGIN) IPB atas kebersamaannya dan pelajaran hidup yang tidak terlupakan selain pada bidang akademik. 10. Semua pihak yang telah memberikan dukungan dan bantuan kepada penulis. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi kalangan sivitas akademik dan pihak yang membutuhkan untuk perkembangan ilmu pengetahuan.
Bogor, Januari 2014 Dian Sukma Riany
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
3
Tujuan Penelitian
3
Manfaat Penelitian
3
Ruang Lingkup Penelitian
4
METODE
4
Bahan
4
Alat
4
Tahapan Penelitian
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
7
Karakteristik LCPKS
7
Penentuan Pengaruh Faktor
9
Permukaan Respon SIMPULAN DAN SARAN
12 13
Simpulan
13
Saran
14
DAFTAR PUSTAKA
14
LAMPIRAN
16
RIWAYAT HIDUP
21
DAFTAR TABEL 1 Nilai rendah dan nilai tinggi dari perlakuan percobaan 2 Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) segar 3 Pengaruh linier dari faktor utama dan interaksi faktor terhadap penurunan selulosa LCPKS 4 Pengaruh linier faktor utama dan interaksi faktor terhadap jumlah glukosa 5 Pengaruh linier dari faktor utama dan interaksi faktor terhadap biomassa
6 8 9 12 12
DAFTAR GAMBAR 1. Tahapan penelitian 2. Pola interaksi antara waktu kultivasi (X 2 ) dan laju agitasi (X 1 ) terhadap
5 10
penurunan jumlah selulosa 3. Struktur Selulosa 4. Permukaan respon dari penurunan jumlah selulosa sebagai fungsi dari agitasi (X 1 ) dan waktu kultivasi (X 2 )
10 13
DAFTAR LAMPIRAN 1. 2.
3. 4. 5. 6. 7. 8.
Prosedur uji proksimat LCPKS Prosedur analisis residual selulosa (Updegraff 1969) Prosedur pengukuran biomassa Prosedur D-glukosa menggunakan kit katalog nomor 10 716 251 035 Hasil analisis respon penurunan selulosa pada LCPKS Hasil analisis respon biomassa pada LCPKS Hasil analisis respon glukosa pada LCPKS Hasil statistik pengaruh optimasi dan % pengaruh variabel terhadap penurunan selulosa
16 17 18 18 19 19 20 20
PENDAHULUAN Latar Belakang Indonesia merupakan negara penghasil CPO (Crude Palm Oil) terbesar di dunia. Persentase jumlah CPO yang dihasilkan pabrik minyak kelapa sawit akan berimplikasi nyata terhadap limbah yang akan dihasilkan, termasuk Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS). Menurut Baharuddin et al. (2010), LCPKS yang belum diolah mengandung 41g/L total padatan dengan persentase selulosa sebanyak 38.36%, hemiselulosa sebesar 23.21%, dan 26.72% lignin terdapat di dalam padatan tersebut. Berdasarkan hal tersebut, LCPKS dapat dijadikan substrat untuk menghasilkan bioproduk, yaitu dalam bentuk gula-gula sederhana. Gula-gula sederhana yang akan digunakan menjadi substrat bioproduk harus melewati tahapan hidrolisis, yaitu proses degradasi selulosa dan hemiselulosa. Pada penelitian ini dikaji tentang proses degradasi selulosa. Proses degradasi selulosa dapat dilakukan dengan memanfaatkan mikroorganisme penghasil enzim selulase. Proses hidrolisis secara enzimatis ini memiliki beberapa keuntungan jika dibandingkan dengan hidrolisis asam (kimia) antara lain tidak terjadi degradasi gula hasil hidrolisis. Pada hidrolisis asam umumnya digunakan suhu dan tekanan yang tinggi. Suhu yang lebih tinggi akan mempermudah dekomposisi gula sederhana dan senyawa lignin (Mussatto dan Roberto 2004). Pada suhu dan tekanan tinggi, glukosa dan xilosa akan terdegradasi menjadi furfural dan hidroksimetilfurfural. Jika furfural dan hidroksimetilfurfural terdekomposisi lanjut, akan didapat asam levulinat dan asam formiat (Mussatto dan Roberto 2004; Palmqvist dan Hahn-Hagerdal 2000). Proses degradasi selulosa secara enzimatis juga dapat terjadi pada kondisi proses yang lebih lunak, yakni pada suhu dan tekanan yang rendah serta pada pH netral. Selain itu, proses enzimatis merupakan proses yang lebih ramah lingkungan (Gunam et al. 2011). Mikroorganisme selulotik yang digunakan pada proses degradasi selulosa adalah kapang. Menurut Mathew et al. (2008), kemampuan degradasi selulosa kapang lebih baik dibandingkan bakteri. Hal ini terkait dengan enzim yang dihasilkan yang terlibat dalam proses degradasi selulosa tersebut. Menurut Purwadaria et al. (2003), seluruh komponen enzim yang menguraikan selulosa amorf (CMCase), selulosa kristal (aviselase dan FPase), dan eksoglukanase (selobiohidrolase) lebih tinggi pada enzim kapang dibandingkan enzim bakteri, terutama β-glukosidase. Terdapat 25 kapang yang telah diidentifikasi dalam LCPKS dan cukup memiliki potensi untuk menghasilkan enzim selulolitik, salah satunya adalah kapang Trichoderma reesei RUT C-30 (Rashid et al. 2009), Pada penelitian ini digunakan konsorsium atau campuran kapang agar mendapatkan hasil yang lebih optimal. Menurut Komarawidjaja (2009) dan Jadhav et al. (2008), pemanfaatan campuran kultur mikroorganisme akan memberikan hasil yang lebih efektif karena kerja enzim dari setiap jenis mikroorganisme dapat saling melengkapi agar dapat bertahan hidup dengan sumber nutrisi yang tersedia. Pemanfaatan kapang yang tergabung dalam konsorsium yang secara alami ada di dalam LCPKS akan membuat proses degradasi selulosa menjadi lebih ekonomis dan memudahkan dalam tahapan selanjutnya. Hal ini dikarenakan kapang tersebut sudah memiliki kemampuan
2 adaptasi yang baik dengan limbah cair ini sebagai lingkungan awal tempat hidupnya. Sehingga dengan adanya habituasi yang singkat, maka fase adaptasi atau fase lag akan menjadi lebih pendek. Fase permulaan (fase lag) adalah fase penyesuaian sel-sel dengan lingkungan dan pembentukkan enzim-enzim untuk mengurai substrat sebelum fase eksponensial (Moore dan Landecker 1996). Agitasi merupakan faktor penting yang berfungsi untuk mengatur transfer oksigen dan pencampuran nutrien secara homogen dalam proses fermentasi. Agitasi mempengaruhi pertumbuhan sel dan produksi selulase (Fadzilah dan Mashitah 2010). Agitasi juga diperlukan karena kelarutan oksigen menurun seiring dengan naiknya suhu. Hubungan antara oksigen dan suhu berbanding terbalik, jika temperatur sangat tinggi maka kelarutan oksigen menurun, begitu pula sebaliknya. Hal ini dikarenakan pada suhu yang tinggi maka terjadi penguapan dipermukaan air, sehinggga kelarutan oksigen menurun (Mulyanto 1992). Menurut Boyd (1988), dekomposisi bahan organik dan oksidasi bahan anorganik dapat mengurangi kadar oksigen terlarut hingga mencapai nol (anaerob). Kondisi anaerobik ini tidak diinginkan pada penelitian ini, oleh karena itu, faktor agitasi penting untuk dikaji pada proses degradasi selulosa agar kondisi aerobik tercapai. Pertumbuhan mikroorganisme cukup erat kaitannya dengan keberadaan oksigen. Pada kondisi lingkungan aerob, maka laju pertumbuhan mikrooorganisme menjadi lebih cepat. Tentunya hal ini akan berkorelasi dengan penurunan selulosa yang diharapkan dapat berhubungan positif dengan laju pertumbuhan mikroorganisme tersebut. Penelitian yang telah dilakukan oleh Fadzilah dan Mashitah (2010) juga telah mengkaji mengenai produksi selulase oleh kultur Pycnoporus sanguineus dalam bioreaktor 2.5 L berpengaduk. Hasil yang didapatkan adalah biomassa sel maksimum sebesar 3.16 g/ L dan aktivitas selulase sebesar 0.1748 FPU mL-1 yang dicapai pada tingkat aerasi sebesar 1.0 vvm dan kecepatan agitasi sebesar 300 rpm. Menurut Rashid et al. (2011), waktu sakarifikasi atau waktu kultivasi merupakan faktor penting penting pada kondisi proses sakarifikasi atau degradasi selulosa. Waktu kultivasi untuk produksi enzim selulase berbeda-beda pada berbagai substrat. Penelitian yang dilakukan oleh Gunam et al. (2011) didapatkan hasil kombinasi perlakuan terbaik untuk produksi enzim selulase kasar adalah pada konsentrasi substrat ampas tebu 3% dengan lama kultivasi tujuh hari dengan nilai rata-rata aktivitas selulase (filter paperase) sebesar 0.771 unit/mL filtrat. Penelitian lainnya terkait waktu kultivasi dilakukan pula oleh Gaffar (2009), didapatkan hasil pada proses degradasi enzimatik selulosa dari batang pohon pisang oleh kapang Trichoderma viride, jumlah gula pereduksi optimum dicapai pada waktu kultivasi selama delapan hari. Penelitian lainnya terkait waktu kultivasi didapatkan hasil pada proses sakarifikasi enzimatik pada tandan buah kosong sawit menggunakan Trichoderma reesei RUT C-30 diperoleh rendemen gula pereduksi tertinggi sebesar 41.82% dengan waktu sakarifikasi 120 jam (Rashid et al. 2011). Beberapa faktor penting di dalam proses degradasi selulosa seperti yang telah dipaparkan sebelumnya perlu untuk dianalisis lebih lanjut untuk menghasilkan kondisi optimum proses degradasi selulosa pada LCPKS ini. Pengaruh mengenai agitasi dan waktu kultivasi dikaji dan dianalisis lebih lanjut
3 dalam penelitian ini untuk mengetahui kondisi proses yang optimum untuk proses degradasi selulosa pada LCPKS yang dilakukan secara aerobik. Perumusan Masalah LCPKS dihasilkan dalam jumlah cukup besar sebagai limbah dari pabrik kelapa sawit. Komponen yang terdapat pada LCPKS diantaranya adalah bahan lignoselulosa, yaitu lignin, selulosa dan hemsiselulosa. Bahan lignoselulosa ini dapat dimanfaatkan lebih lanjut sebagai substrat bioproduk. Pengolahan LCPKS untuk menjadi bioproduk tersebut membutuhkan beberapa tahapan, salah satunya adalah proses degradasi selulosa yang pada prosesnya dibutuhkan mikroorganisme yang berkemampuan untuk mendegradasi selulosa tersebut. Proses degradasi selulosa dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya laju agitasi dan waktu kultivasi. Laju agitasi dibutuhkan untuk mengatur kebutuhan oksigen bagi aktivitas metabolik mikroorganisme. Pertumbuhan mikroorganisme cukup erat kaitannya dengan keberadaan oksigen. Pada kondisi lingkungan aerobik, maka laju pertumbuhan mikrooorganisme menjadi lebih cepat. Jika laju pertumbuhan selnya cepat, maka jumlah mikroorganisme pendegradasi selulosa di dalamnya semakin banyak, sehingga selulosa LCPKS pun banyak yang terdegradasi (Meryandini et al. 2009). Namun selain dapat mempercepat pertumbuhan sel, laju agitasi juga dapat memberikan pengaruh negatif pada pertumbuhan kapang. Menurut Singh (2006) kecepatan agitasi yang terlalu tinggi dapat mengganggu dinding sel kapang. Selain itu, bukan hanya banyaknya sel mikroorganisme saja yang diharapkan, akan tetapi kemampuan dari masing-masing mikroorganisme di dalamnya pun harus baik pula. Hal ini dapat dilihat melalui laju degradasi dari setiap mikroorganisme selama proses degradasi selulosa pada waktu tertentu. Sehingga untuk mencapai hal itu maka dibutuhkan waktu kultivasi yang optimum. Oleh karena itu, diperlukan penentuan pengaruh faktor laju agitasi dan waktu kultivasi dalam proses degradasi selulosa oleh konsorsium kapang agar dapat ditentukan lebih lanjut untuk mementukan permukaan respon dari faktor yang berpengaruh tersebut. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan pengaruh faktor laju agitasi dan waktu kultivasi serta mengetahui permukaan respon dalam proses degradasi selulosa pada limbah cair pabrik kelapa sawit oleh konsorsium kapang secara aerobik. Manfaat Penelitian Penelitian ini bermanfaat untuk dijadikan informasi dasar mengenai pengolahan bahan yang mengandung lignoselulosa yang akan diolah menjadi media substrat proses produksi menjadi bioproduk.
4 Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup penelitian ini meliputi hal- hal berikut : 1. Karakterisasi awal LCPKS 2. Kultivasi konsorsium kapang LCPKS untuk mendapatkan pengaruh faktor laju agitasi dan waktu inkubasi 3. Kultivasi konsorsium kapang LCPKS untuk mengetahui permukaan respon dari pengaruh faktor laju agitasi dan waktu kultivasi
METODE Bahan Bahan penelitian yang digunakan adalah Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit yang diperoleh dari PT. Condong Garut, Jawa Barat. Bahan yang digunakan untuk karakterisasi LCPKS antara lain akuades, gliserol murni, NaOH pekat, H 3 BO 3 , indikator campuran metilen merah dan metilen biru, HCl 0,02N, heksan, H 2 SO 4 0,3 N, NaOH 1,5 N, etanol, reagen asetic nitric. Bahan yang digunakan untuk kultivasi awal (proses delignifikasi) antara lain LCPKS, bahan prakultur (pepton, ekstrak khamir, dan NaCl) dan Phanarochaete crhysosporium serta PDA (Potato Dextrose Agar) sebagai media penyegarannya. Bahan yang digunakan untuk kultivasi proses degradasi selulosa antara lain LCPKS terdelignifikasi, gliserol murni, chloramphenicol, dan isolat konsorsium kapang dari kolam Anaerobik-2 PTPN VII Rojosari Lampung. Bahan yang digunakan untuk kebutuhan analisis antara lain reagen asetic nitric, kertas whatman 41, reagen D-glukosa kit, akuades dan air bidestilata. Alat Alat-alat yang digunakan untuk karakterisasi antara lain timbangan analitik, gelas ukur, gelas piala, pipet, corong, muffle furnace, cawan abu porselen, oven, desikator, labu Kjeldahl, distilator, soxhlet, corong, dan labu sentrifuse 50 mL. Alat yang digunakan untuk kultivasi awal (proses delignifikasi) antara lain , jarum ose, bunsen, erlenmeyer 100 mL dan 500 mL, pipet mikro, alat pengocok linier 120 rpm pada suhu ruang (26-30°C). Alat yang digunakan untuk kultivasi antara lain pipet mikro, erlenmeyer 300 mL, waterbath shaker, dan kapas. Alat-alat yang digunakan untuk analisis antara lain pipet mikro, sentrifuse, vortex, tabung sentrifuse 15 mL, eppendorf tube 1.5 mL, spektrofotometer Genesys UV Vis dan pompa vakum. Tahapan Penelitian Tahapan penelitian menjelaskan langkah-langkah yang dilakukan dalam mencapai tujuan penelitian. Langkah-langkah penelitian dapat dilihat pada Gambar 1.
5 Mulai
Karakterisasi LCPKS
Penentuan pengaruh faktor reaksi yaitu laju agitasi dan waktu kultivasi Penentuan kondisi terbaik dari pengaruh faktor laju agitasi dan waktu kultivasi
Selesai Gambar 1 Tahapan penelitian
Karakterisasi Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Karakterisasi LCPKS dilakukan untuk mengetahui karakteristik LCPKS sebagai bahan yang akan digunakan sebagai media substrat dalam proses degradasi selulosa. Parameter yang dilakukan untuk mengetahui karakteristik LCPKS antara lain meliputi uji proksimat dan total padatan. Prosedur karakterisasi dari LCPKS dapat dilihat pada Lampiran 1. Penentuan Pengaruh Faktor Laju Agitasi dan Waktu Kultivasi Faktor – faktor yang berpengaruh pada proses degradasi selulosa ini antara lain laju agitasi dan waktu kultivasi. Sebelum dilakukan proses degradasi selulosa, media LCPKS didelignifikasi terlebih dahulu. Delignifikasi dilakukan dengan menggunakan P. crhysosporium. Sebanyak 3 ose P. crhysosporium yang sudah disegarkan dalam PDA, dipropagasi ke dalam erlenmeyer 100 mL berisi 20 mL media prakultur selama 4 hari, pada suhu ruang (26-30 °C) menggunakan alat pengocok linier 120 rpm. Persiapan media sakarifikasi dilakukan dengan cara melarutkan media prakultur dengan 100 mL LCPKS dalam erlenmeyer 500 mL kemudian disterilkan. Setelah dingin, P. crhysosporium diinokulasikan sebanyak 1% dan diinkubasi selama 7 hari menggunakan alat pengocok linier 120 rpm pada suhu ruang (26-30 °C). Setelah proses delignifikasi selesai, sebanyak 40 mL media degradasi selulosa dipindahkan ke dalam erlenmeyer 300 mL dan disterilkan. Setelah steril, diberi 40 μL cloramphenicol agar tidak ada bakteri yang tumbuh. kultivasi konsorsium kapang untuk penentuan pengaruh laju agitasi dan waktu kultivasi. Pada tahapan penentuan pengaruh laju agitasi dan waktu kultivasi dilakukan kultivasi konsorsium kapang pada LCPKS dengan menggunakan waterbath shaker. LCPKS steril yang sudah didelignifikasi ditambahkan konsorsium kapang
6 sebanyak 1% dari volume total media. Proses degradasi selulosa dilakukan pada suhu 370C. Laju agitasi yang digunakan pada proses ini adalah 100 rpm – 150 rpm. Laju agitasi menunjukkan adanya oksigen yang terlibat dalam proses degradasi selulosa. Proses kultivasi ini dilakukan selama dua-enam hari. Faktor – faktor ini berpengaruh dalam pendegradasian selulosa yang terkandung dalam LCPKS. Penentuan pengaruh faktor tersebut dilakukan menggunakan tiga titik pusat dengan nilai rendah dan nilai tinggi pada perlakuan percobaan dari masing – masing faktor yang disajikan dalam Tabel 1. Tabel 1 Nilai rendah dan nilai tinggi dari perlakuan percobaan No.
Jenis Perlakuan
Kode
Nilai Rendah
1.
Agitasi (rpm)
X1
100
2.
Waktu kultivasi (hari)
X2
2
Nilai Tinggi 150 6
Model rancangan percobaan faktorial untuk mengetahui pengaruh linier yang diinginkan dapat dilihat pada Persamaan -1 (Berger et al. 2002). 𝑌 = β0 + ∑2𝑖=1 β𝑖 𝑥𝑖 + ∑𝑖<𝑗 β𝑖𝑗 𝑥𝑖 𝑥𝑗 + � ………………………..(1)
Keterangan: Y β 0 , β i , β ij xi xix j Ɛ R
R
R
= respon dari masing-masing perlakuan = koefisien regresi = pengaruh linier faktor utama = pengaruh linier dua faktor = galat
Parameter respon yang diamati diantaranya adalah penurunan selulosa dengan menghitung residu selulosa lebih dulu pada prosedur Updegraff (1969), biomassa (Fadzilah dan Mashitah 2010), dan glukosa dengan prosedur D-glukosa menggunakan kit katalog nomor 10 716 251 035 yang diukur pada panjang gelombang 340 nm menggunakan spektrofotometer Genesys UV Vis. Prosedur untuk menguji semua parameter respon dapat dilihat pada Lampiran 2 untuk residu selulosa, Lampiran 3 untuk uji biomassa, dan Lampiran 4 untuk uji glukosa. Hasil analisis respon penurunan jumlah selulosa pada LCPKS dapat dilihat pada Lampiran 5, Lampiran 6 untuk respon jumlah glukosa dan Lampiran 7 untuk respon jumlah biomassa. Berdasarkan hasil ini maka akan didapatkan nilai hasil interaksi antar faktor kemudian dianalisis untuk digunakan sebagai seleksi faktor dengan mengetahui koefisien parameter regresi, persen signifikansi (selang kepercayaan) dan pola interaksi faktor yang berpengaruh nyata terhadap respon.
7 Penentuan Kondisi Terbaik dari Pengaruh Faktor Laju Agitasi dan Waktu Kultivasi Penentuan kondisi terbaik bertujuan untuk mengetahui pengaruh masing – masing faktor perlakuan terhadap respon. Rancangan percobaan yang digunakan adalah CCD (Central Composite Design) yang dianalisis menggunakan ANOVA dan RSM (Respon Surface Method). Analisis regresi dan varian dilakukan menggunakan Statistical Analysis Software (SAS) version 9.1. Berdasarkan analisis tersebut maka akan dihasilkan persamaan polinomial orde kedua dan grafik dalam gambar 3D (tiga dimensi) berupa plot pemukaan respon. Kombinasi perlakuan pada rancangan percobaan ini dilakukan dengan tiga titik pusat. Model persamaan polinomial orde kedua yang digunakan untuk rancangan percobaan CCD dengan dua faktor dapat dilihat pada Persamaan -2 (Berger et al. 2002). Y=β 0 +∑𝑖<𝑗 β𝑖 𝑥𝑖 + ∑𝑛𝑖=1 β𝑖𝑗 𝑥𝑖 𝑥𝑗 + ∑ β𝑖𝑖 𝑥𝑖2 ………………………..(2)
Keterangan : Y β 0 , β i , β ij xi xix j xi2
= respon pengamatan = koefisien parameter = pengaruh linier faktor utama = pengaruh linier dua faktor = pengaruh kuadratik faktor perlakuan utama
HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Limbah Cair Kelapa Sawit
Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) merupakan istilah yang merujuk pada buangan dari tahap akhir produksi minyak kelapa sawit di pabrik. Istilah ini meliputi beragam cairan, pengotor, minyak residu dan padatan tersuspensi. Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) merupakan limbah cair yang dihasilkan dari kegiatan industri minyak kelapa sawit. Limbah cair ini berasal dari stasiun klarifikasi (sludge water dari drub, 70-75%), stasiun rebusan (air kondensat, 15-20%), dari hidroksilon (5 -10%) dan air cucian pabrik (Buana et al. 2003). Karakterisasi LCPKS penting dilakukan untuk mengetahui jumlah komponen-komponen tertentu yang baik secara langsung atau tidak mempengaruhi proses degradasi selulosa. Hasil karakterisasi LCPKS yang diperoleh dari PT Condong Garut berasal dari kolam pengutipan yang sudah dingin. Hasil pengukuran dari karakteristik LCPKS tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.
8 Tabel 2 Karakteristik limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) segar Komponen Kadar Serat Kasar (%) Kadar Protein (%) Kadar Lemak (%) Kadar Abu (%) Total Padatan (g/L) a b
Kandungana (Hasil Penelitian) 46.60 ± 8.430 16.33 ± 3.456 27.31 ± 2.104 10.88 ± 1.202
Kandungana (Habib et al.1997) 26.39 12.75 10.21 14.88
37.61
41b
Basis kering Baharuddin et al. (2010)
Berdasarkan Tabel 2, semua komponen yang yang diujikan memiliki kandungan dengan jumlah yang berbeda dengan rujukan. Perbedaan tersebut dikarenakan perbedaan lokasi Pabrik Kelapa Sawit (PKS) tempat pengambilan sampel LCPKS, baik dari aspek kualitas tandan buah segar (TBS) yang dipergunakan ataupun kapasitas produksinya. Komponen LCPKS dengan persentase yang cukup besar dimiliki oleh kadar serat kasar. Komponen yang terukur dari serat kasar adalah selulosa dengan sedikit lignin dan juga pentosan (Andarwulan et al. 2011). Komponen lignoselulosa ini dapat digunakan oleh kapang sebagai sumber karbon dan energi secara bersamaan membentuk CO 2, H 2 O dan massa sel. Namun, adanya kandungan lignin pada LCPKS tersebut akan menghambat proses degradasi selulosa yang dilakukan oleh kapang menjadi glukosa, oleh karena itu perlu dilakukan proses delignifikasi terlebih dahulu. Kandungan komponen selulosa tersebut dapat didegradasi oleh kapang menjadi glukosa dan untuk proses tersebut dibutuhkan sumber karbon. Sumber karbon ini dapat berasal dari lemak atau minyak dan protein. Hasil yang ditunjukkan pada Tabel 2 menunjukkan bahwa LCPKS segar memiliki kandungan lemak sebesar 27.31 ± 2.104%. Selain sumber karbon, kapang juga membutuhkan nitrogen dan mineral untuk pertumbuhannya. Komponen tersebut dapat diperoleh dari komponen yang terkandung pada protein kasar dan juga kadar abu pada bahan. Berdasarkan Tabel 2, LCPKS segar yang digunakan memiliki kandungan protein kasar sebesar 16.33 ± 3.456%. Kandungan protein kasar ini berfungsi sebagai sumber nitrogen ataupun karbon pada kapang. Komponen lainnya adalah kadar abu merupakan campuran dari komponen anorganik atau mineral. Nilai kadar abu yang terdapat pada LCPKS segar yang digunakan adalah sebesar 10.88 ± 1.202%. Kandungan senyawa anorganik yang ada pada LCPKS ini dapat digunakan sebagai sumber karbon dan kandungan mineral dapat berfungsi sebagai penyusun utama sel pada kapang, sehingga diharapkan akan bermanfaat pada laju pertumbuhan sel dari konsorsium mikroorganisme yang digunakan (kapang) pada proses degradasi selulosa
9 Penentuan Pengaruh Faktor Proses degradasi selulosa dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah laju agitasi dan waktu kultivasi. Parameter uji yang digunakan untuk mengetahui adanya reaksi dari proses degradasi selulosa ini adalah dengan cara menghitung jumlah selulosa sisa selama proses kultivasi berlangsung. Hal ini mengindikasikan bahwa semakin kecil jumlah selulosa sisa yang ada setelah kultivasi berlangsung maka proses degradasi berjalan baik. Berdasarkan jumlah selulosa awal dapat diperoleh nilai penurunan selulosa dengan cara pengurangannya terhadap jumlah selulosa sisa yang ada pada sampel. Parameter respon lainnya yang juga diamati untuk mengkonfirmasi respon utama ini antara lain jumlah glukosa dan biomassa sel yang dihasilkan. Hubungan serta pengaruh reaksi dari faktor agitasi dan juga lama waktu kultivasi terhadap beberapa parameter respon yang telah disebutkan sebelumnya dapat diketahui dengan serangkaian percobaan sistematis dan diujikan melalui analisis statistika, yang disajikan dalam suatu model atau persamaan linier. Pada Tabel 3 dapat dilihat pengaruh linier dari faktor utama dan interaksi faktor terhadap respon utama yakni penurunan kadar selulosa. Tabel 3 Pengaruh linier dari faktor utama dan interaksi faktor terhadap penurunan selulosa pada LCPKS Parameter Intersep Laju agitasi (X 1 ) Waktu kultivasi (X 2 ) Interaksi X 1 dan X 2 R2
Koefisien Parameter 0.487 -0.210 -0.225 0.005
Tingkat Kepercayaan (%) 82.25 84.34 85.57 77.74
Hasil analisis statistik yang ditunjukkan pada Tabel 3 menunjukkan bahwa kedua faktor yang digunakan, yaitu laju agitasi (X 1 ) dan waktu kultivasi (X 2 ) memberikan pengaruh terhadap penurunan jumlah selulosa yang terjadi di dalam LCPKS yang dikultivasi dengan masing-masing tingkat kepercayaan sebesar 82.25 % pada faktor laju agitasi dan 84.34 % pada faktor waktu kultivasi. Kedua faktor ini berpengaruh negatif pada respon penurunan jumlah selulosa. Semakin tinggi laju agitasi yang diberikan, maka penurunan jumlah selulosa akan semakin kecil dan semakin lama waktu kultivasi yang dilakukan maka penurunan jumlah selulosa juga akan semakin kecil, artinya adalah jumlah selulosa yang berhasil didegradasi oleh konsorsium kapang selama proses kultivasi pada LCPKS semakin sedikit. Interaksi kedua faktor berpengaruh pada tingkat kepercayaan sebesar 85.57% dan memiliki koefisien positif pada respon penurunan jumlah selulosa. Pola interaksi kedua faktor dapat dilihat Gambar 2.
10 1.20
Penurunan Selulosa (g/L)
1.10
X2 (-1)
1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20
X2 (-1)
X2 (+1)
X2 (+1)
0.10 0.00 X1(-1)
X1(+1)
Laju Agitasi (rpm) Keterangan : X 1 (-1) : agitasi 100 rpm; X 1 (+1) : agitasi 150 rpm; X 2 (-1) : waktu kultivasi 2 hari; X 2 (+1) : waktu kultivasi 6 hari
Gambar 2 Pola interaksi antara waktu kultivasi (X 2 ) dan laju agitasi (X 1 ) terhadap penurunan jumlah selulosa Berdasarkan Gambar 2 dapat diketahui bahwa peningkatan waktu kultivasi akan berpengaruh terhadap penurunan jumlah selulosa di dalam LCPKS. Pada kondisi waktu kultivasi yang lebih lama dan laju agitasi meningkat, penurunan selulosa meningkat meskipun tidak terlalu tajam, namun pada saat laju agitasi meningkat dengan waktu kultivasi lebih kecil maka akan terjadi penurunan laju degradasi selulosa pada LCPKS. Menurunnya jumlah selulosa yang terdegradasi akan berpengaruh terhadap respon jumlah glukosa yang dihasilkan. Kedua respon ini berkaitan karena selulosa adalah polimer linear yang tersusun dari D-glukosa yang diikat oleh b-1,4 glikosida membentuk selobiosa (Sanchez 2009). Struktur selulosa dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3 . Struktur selulosa
11 Mekanisme penguraian selulosa ditunjukkan melalui proses yang melibatkan enzim selulase dan berlangsung dalam beberapa tahap. Tahap pertama proses penguraian selulosa ini diawali dengan penguraian polimer selulosa secara random. Penguraian selulosa secara random ini didefinisikan pada hidrolisis secara enzimatis ini terjadi proses pemotongan selulosa menjadi rantai yang lebih pendek pada polimer selulosa secara acak. Namun pemotongan secara acak ini hanya terjadi pada posisi urutan ikatan hidrogen pada polimer selulosa saja agar menjadi lebih pendek, sedangkan titik pemotongan yang terjadi lokasinya sudah spesifik, yakni pada ikatan hidrogen, yaitu pada ikatan b-1,4 glikosida. Setelah rantai selulosa menjadi lebih pendek maka terjadi penguraian selulosa dari ujung pereduksi dan nonpereduksi, dan tahap terakhir adalah mengurai seloboisa menjadi glukosa (Lynd et al. 2002). Oleh karena itu, semakin kecil penurunan jumlah selulosa, maka jumlah glukosa yang dihasilkan akan semakin kecil. Pengaruh linier dari faktor utama dan interaksi faktor terhadap respon jumlah glukosa yang dihasilkan dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4 Pengaruh linier dari faktor utama dan interaksi faktor terhadap jumlah glukosa Parameter Intersep Laju agitasi (X 1 ) Waktu kultivasi (X 2 ) Interaksi X 1 dan X 2 R2
Koefisien Parameter 0.153 -0.024 -0.002 -0.013
Tingkat Kepercayaan (%) 83.85 11.05 61.68 59.90
Berdasarkan Tabel 4 dapat dilihat bahwa kedua faktor yang digunakan, yaitu laju agitasi (X 1 ) dan waktu kultivasi (X 2 ) memberikan pengaruh negatif pada respon jumlah glukosa yang dihasilkan. Hasil ini sama dengan hasil statistik pada respon penurunan jumlah selulosa. Sehingga kedua respon ini berhubungan positif satu sama lainnya. Pada respon jumlah glukosa, laju agitasi memiliki pengaruh dengan tingkat kepercayaan lebih besar dibandingkan dengan faktor waktu kultivasi, yakni sebesar 83.85%, Berbeda dengan hasil statistik pada parameter respon penurunan selulosa dan jumlah glukosa, pada respon biomassa kedua faktor yang diberikan yakni faktor agitasi dan lama kultivasi tidak berpengaruh, namun peningkatan nilai agitasi yang diberikan akan meningkatkan jumlah biomassa dengan nilai koefisien positif sebesar 0.140. Hasil statistik pengaruh linier dari faktor utama dan interaksi faktor terhadap respon biomassa dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5 Pengaruh linier dari faktor utama dan interaksi faktor terhadap biomassa Parameter Intersep Laju agitasi (X 1 ) Waktu kultivasi (X 2 ) Interaksi X 1 dan X 2 R2
Koefisien Parameter 3.200 0.140 -0.037 -0.165
Tingkat Kepercayaan (%) 45.57 13.32 51.95 27.60
12 Berdasarkan Tabel 5 dapat dilihat bahwa semakin tinggi nilai laju agitasi maka jumlah biomassa yang dihasilkan semakin banyak. Hal ini berbanding terbalik dengan pengaruh negatif dari faktor agitasi pada respon penurunan jumlah selulosa. Laju agitasi yang semakin tinggi menunjukkan bahwa kondisi proses pada saat kultivasi akan teraduk lebih tinggi. Laju agitasi dibutuhkan untuk mengatur kebutuhan oksigen bagi aktivitas metabolik mikroorganisme. Kondisi aerobik ini penting untuk dicapai. Pertumbuhan mikroorganisme cukup erat kaitannya dengan keberadaan oksigen. Pada kondisi lingkungan aerobik, maka laju pertumbuhan mikrooorganisme menjadi lebih cepat. Banyaknya jumlah biomassa sel ini juga berkaitan dengan jenis mikroorganisme yang digunakan sebagai isolat konsorsium yang dikultivasi. Isolat konsorsium kapang yang digunakan terdiri dari jenis Moniliella sp. dan Cladosporium sp. Kapang Moniliella sp ini memiliki pertumbuhan yang cepat (Singh et al. 1992). Namun pertumbuhan biomassa kapang yang cepat tersebut tidak berkorelasi linier dengan laju degradasi selulosa yang dilakukan oleh kapang tersebut. Hal ini diketahui melalui jumlah selulosa yang mampu didegradasi selama proses kultivasi berlangsung. Berdasarkan hal ini dapat diketahui bahwa kemampuan kapang yang digunakan sebagai agen pendegradasi selulosa pada LCPKS tersebut tidak begitu baik. Menurut Jahangeer et al. (2005) kemampuan kapang Moniliella sp dalam mendegradasi selulosa memang tidak lebih baik jika dibandingkan dengan Penicillium sp. dan Cladosporium sp. Meskipun dalam konsorsium kapang yang digunakan pada proses kutivasi terdapat kapang Cladosporium sp, yang menghasilkan pula enzim selulase dengan aktivitas yang cukup baik, namun jumlahnya tidak banyak hanya 100 CFU/mL, sehingga laju degradasi selulosa yang terjadi pun tidak tinggi.
Permukaan Respon
Hasil dari penentuan pengaruh linier dari faktor reaksi laju agitasi (X 1 ) dan waktu kultivasi (X 2 ) digunakan untuk mengetahui besarnya pengaruh dari masing-masing faktor tersebut terhadap responnya yang selanjutnya digunakan untuk mengetahui permukaan respon faktor yang berpengaruh tersebut. Faktor yang berpengaruh pada respon penurunan selulosa adalah dari faktor reaksi laju agitasi (X 1 ) dan waktu kultivasi (X 2 ). Metode yang dipergunakan untuk mengetahui permukaaan respon faktor-faktor yang berpengaruh tersebut yaitu dengan Metode Permukaan Respon. Metode Permukaan Respon merupakan suatu bentuk analisa yang digunakan pada respon yang dipengaruhi oleh beberapa faktor dan bertujuan untuk memperoleh kondisi penurunan selulosa terbaik pada saat proses degradsi selulosa oleh konsorsium kapang pada LCPKS. Bentuk permukaan respon pada respon laju degradasi selulosa ini dapat dilihat pada Gambar 4.
13
Gambar 4 Permukaan respon laju degradasi selulosa sebagai fungsi dari laju agitasi (X 1 ) dan waktu kultivasi (X 2 ) Model persamaan kuadratik dari hasil analisis permukaan respon laju degradasi selulosa dapat dilihat pada Persamaan -3. Y = 0.563333 - 0.218137X 1 - 0.087752X 2 - 0.071667X 1 2 + 0.002265X 1 X 2 + 0.098334X 2 2 ………………………..(3) Berdasarkan Gambar 4 dapat diketahui bahwa penurunan selulosa meningkat pada saat laju agitasi dan waktu kultivasi diturunkan nilainya. Hal ini diduga karena pada saat laju agitasi dan waktu inkubasi ditingkatkan maka miselium kapang akan rusak sehingga fungsional kapang tersebut sebagai pendegradasi selulosa menjadi terhambat dan mengakibatkan enzim selulase yang dihasilkan tidak optimal sehingga selulosa yang didegradasi menjadi lebih sedikit. Hasil analisis kanonik terhadap permukaan respon diketahui bahwa model permukaan respon berbentuk sadel (saddle point). Hal tersebut menyebabkan nilai optimum tidak dapat ditentukan dari model permukaan respon. Hasil statistik pengaruh optimasi dan persen pengaruh variabel terhadap penurunan selulosa dapat dilihat pada Lampiran 8. Perkiraan hasil terbaik diperoleh dari estimasi penurunan selulosa sebesar 0.558 (g/L) atau persentase penurunan jumlah selulosa sebesar 19.65 %. Hasil ini dicapai dengan nilai faktor reaksi laju agitasi sebesar 118.32 rpm dan waktu kultivasi selama 5.53 hari.
Simpulan dan Saran
Simpulan
Proses degradasi selulosa LCPKS menggunakan konsorsium kapang pada kondisi aerobik dapat dilakukan dengan mengoptimumkan beberapa faktor yang berpengaruh, antara lain faktor laju agitasi dan lama waktu kultivasi. Berdasarkan penentuan pengaruh faktor reaksi didapatkan hasil bahwa laju agitasi dan waktu inkubasi berpengaruh negatif terhadap respon penurunan selulosa dengan selang
14 kepercayaan sebesar 89.22 % untuk laju agitasi dan 53.33 % untuk waktu kultivasi. Hasil optimasi terhadap penurunan jumlah selulosa didapatkan hasil bahwa permukaan respon dari faktor laju agitasi (X 1 ) dan waktu inkubasi (X 2 ) memiliki model permukaan respon berbentuk sadel (saddle point). Model permukaan respon yang menghasilkan nilai tersebut adalah Y= 0.563333 0.218137X 1 - 0.087752X 2 - 0.071667X 1 2 + 0.002265X 1 X 2 + 0.098334X 2 2, di mana penurunan selulosa yang terjadi sebesar 0.558 (g/L) dengan persentase penurunan sebesar 19.65 %. Hasil ini dicapai dengan nilai faktor reaksi laju agitasi sebesar 118.32 rpm dan waktu kultivasi selama 5.53 hari.
Saran Penurunan kadar selulosa pada LCPKS dengan konsorsium kapang dapat ditingkatkan jika dilakukan pada kondisi laju agitasi yang lebih rendah. Selain itu, perlu dilakukan penelitian lebih lanjut terkait validasi untuk membuktikan hasil optimum yang diperoleh pada respon yang ingin dicapai.
DAFTAR PUSTAKA
Andarwulan N, Kusnandar F, dan Herawati D. 2011. Analisis Pangan. Jakarta (ID): Dian Rakyat. [AOAC] Association of Official Analytical Chemistry. 1995. Official Methods of Analysis of the Association of Official Analytical Chemistry. Washington DC (USA): AOAC. Baharuddin AS, Hock LS, Yusof MZM, Rahman NAA, Shah UKM, Hassan Mohd, Wakisaka M, Sakai K, dan Shirai Y. 2010. Effects of palm oil mill effluent (POME) anaerobic sludge from 500 m3 of closed anaerobic methane digested tank on pressed-shredded empty fruit bunch (EFB) composting process. Afr J Biotechnol. 9(16): 2427 – 2436. Berger PD, Meurer RE. 2002. Experimental Design with Application in Management, Engineering, and the Sciences. Duxburry. Thomson Learning. USA Boyd, CE. 1988. Water Quality in Warmwater Fish Ponds. Fourth Printing. Auburn University Agricultural Experiment Station, Alabama, USA. Buana L, Siahaan D dan Adiputra S. 2003. Teknologi Pengolahan Kelapa Sawit. Medan : Pusat Penelitian Kelapa Sawit, Indonesian Oil Palm Research Institute Fadzilah K dan Mashitah MD. 2010. Cellulases production in palm oil mill effluent : effect of aeration and agitation. J Appl Sci. 10(24) : 3307 – 3312. Gaffar S. 2009. Degradasi Enzimatik Selulosa Dari Batang Pohon Pisang Untuk Produksi Glukosa Dengan Bantuan Aktivitas Selulolitik Trichoderma viride. Universitas Padjajaran Gunam, Ida Bagus W, Aryanta WR dan Ida Bagus NS. 2011. Produksi Selulase Kasar Dari Kapang Trichoderma viride Dengan Perlakuan Konsentrasi
15 Substrat Ampas Tebu Dan Lama Fermentasi. Jurnal Biologi XV (2) : 29 - 33 ISSN : 1410 5292 Habib MAB, Yusoff FM, Phang SM, Ang KJ, Mohamed S. 1997. Nutritional values of chironomid larvae grown in palm oil mill effluent and algal culture. Aquaculture. 158 : 95 – 105. Jadhav SU, Jadhav UU, Dawkar VV, dan Govindwar SP. 2008. Biodegradation of Disperse Dye Brown 3REL by Microbial Consortium of Galactomyces 14 geotrichum TCC 1360 and Bacillus sp. VUS. Biotechnol Bioproc Eng. 13:232239. Jahangeer S, Khan N, Jahangeer S, Sohail M, Shahzad S, Ahmad A, dan Khan SA. 2005. Screening and characterization of fungal cellulases isolated from the native environmental source. Pak J Bot. 37(3):739-748. Komarawidjaja W. 2009. Karakteristik dan Pertumbuhan Konsorsium Mikroba Lokal dalam Media Mengandung Minyak Bumi. J Tek Ling. 10(1):114-119 Lynd LR, Paul JW, Willem H, Isak SP. 2002. Microbial cellulase utilization : fundamentals and biotechnology. Microbiol Molecul Bio Rev. 66(3):506577.doi: 10.1128/MMBR.66.3.506-577.2002. Mathew GM, Sukumaran RK, Singhania RR, dan Pandey A. 2008. Progress in research on fungal cellulases for lignocellulose degradation. J Sci Ind Res. 67:898–907 Meryandini A, Widosari W, Maranatha B, Sunarti TC, Rachmania N, dan Satria H. 2009. Isolasi bakteri selulolitik dan karakterisasi enzimnya. Makara Sains. 13(1):33-38 Moore E dan Landecker. 1996. Fundamentals of The Fungi. Prenite Hall, Inc.New Jersey. Mulyanto. 1992. Lingkungan Hidup Untuk Ikan. Departemen Pendidikan dan Kebudayaan. Mussatto SI dan Roberto IC. 2004. Alternatives for detoxification of dilute-acid lignocellulosic hydrolyzates for use in fermentative process. Bioresource Technol 93 :1-10 Palmqvist E. & Hahn-Hagerdal, B. 2000. Fermentation of lignocellulosic hydrolysates.I:inhibition and detoxification. Bioresource Technol. 74: 17–24. Purwadaria T, Marbun PA, Sinurat AP, dan Ketaren PP. 2003. Perbandingan Aktivitas Enzim Selulase dari Bakteri dan Kapang Hasil Isolasi dari Rayap. JITV. Vol 8: 1-7 Rashid SS, Alam MZ, Karim MIA, dan Shalleh HM. 2009. Management of palm oil mill effluent through production of cellulases by filamentous fungi.World J Microbiol Bioethanol.25 : 2219-2226.doi: 10.1007/s11274-009-0129-9. Rashid SS, Alam MZ, Karim MIA, dan Shalleh HM. 2011. Development of pretreatment of empty fruit bunches for enhanced enzymatic saccharification. Afr J Biotechnol. 10(81):18728-18738.doi: 10.5897/AJB11.2745. Sanchez C. 2009. Lignocellulosic residues : Biodegradation and bioconversion by fungi. Biotechnology Advances. 27: 185-194 Singh AK dan Schugerl K. 1992. Bioconversion of cellulosic materials to ethanol by filamentous fungi. Adv Biochem Eng Biotechnol. 45:30-52 Singh H. 2006. Micoremediation Fungal Bioremediation. USA : WileyInterscience
16 Lampiran 1 Prosedur uji proksimat LCPKS (AOAC 1995) Kadar Air Sebanyak 2 g sampel LCPKS yang sudah di pisahkan antara padatan dan cairannya, dimasukan ke dalam cawan alumunium yang telah diketahui bobotnya. Kemudian dikeringkan di dalam oven bersuhu 100-105 °C. Setelah itu didinginkan di dalam desikator dan ditimbang kemudian dikeringkan lagi hingga bobotnya konstan. % kadar air (basis basah) =
Bobot awal−Bobot akhir Bobot awal contoh
x 100%
Kadar Protein (Metode Kjeldahl) Sebanyak 0.1-0.5 g sampel LCPKS yang sudah di pisahkan antara padatan dan cairannya, dimasukkan ke dalam labu kjeldahl 30 mL dan ditambahkan 1.9 g K 2 SO 4 , 40 mg HgO, 2 mL H 2 SO 4 , dan beberapa butir batu didih. Setelah itu, dididihkan selama 60-90 menit sampai semua cairan jernih kemudian didinginkan. Setelah dingin ditambah sedikit H 2 O lewat dinding, dan didestilasi sampai diperoleh ± 15 mL destilat yang berwarna hijau. Destilasi dilakukan dengan meletakkan Erlenmeyer 125 mL berisi 5 mL H 3 BO 3 , 2 tetes indikator (campuran 2 bagian metal merah 0.2% dalam alkohol dan 1 bagian metilen blue 0.2% dalam alkohol), dan ditambahkan 8-10 mL NaOH-Na 2 S 2 O 3 . Hasil destilasi diencerkan sampai ± 50 mL dan ditritasi dengan HCl 0.02 N. Kadar N (%) =
(mL HCl−mL blanko)x normalitas HCl x 14,007 mg sampel awal
Kadar protein (%) = % N x faktor konversi (6,25)
x 100 %
Kadar Abu
Contoh sebanyak 3-5 g sampel LCPKS yang sudah di pisahkan antara padatan dan cairannya, dimasukkan ke dalam cawan porselin yang telah diketahui bobotnya, kemudian diabukan dalam furnace pada suhu 600 °C selama kurang lebih 4 jam atau sampai diperoleh abu berwarna putih. Setelah itu cawan didinginkan dalam desikator sampai suhu ruang dan ditimbang. Sampel diabukan kembali hingga bobotnya konstan. Kadar abu (%) =
Bobot abu (g)
Bobot awal sampel (g)
x 100%
Kadar Lemak (Metode Ekstraksi Soxhlet) Sebanyak ± 5 g sampel hasil kadar air dibungkus dengan kertas saring dan dimasukkan ke dalam labu soxhlet, lalu ditambahkan heksan secukupnya dan direfluks selama 5-6 jam. Setelah itu, labu lemak yang berisi lemak hasil ekstraksi dan pelarut dipanaskan pada oven dengan suhu 105 °C. setelah itu didinginkan 16 dalam desikator dan ditimbang. Sampel dikeringkan kembali hingga bobotnya konstan.
17 Kadar lemak (%) =
Bobot lemak (g)
Bobot awal contoh (g)
x 100%
Kadar Serat Kasar Contoh sebanyak 5 g sampel yang sudah hilang air dan lemaknya, dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 500 mL kemudian ditambahkan 100 mL H 2 SO 4 0.325 N dan dididihkan selama kurang lebih 30 menit. Ditambahkan lagi 50 mL NaOH 1.25 N dan dididihkan selama 30 menit. Dalam keadaan panas disaring dengan kertas Whatman No.40 setelah diketahui bobot keringnya. Kertas saring yang digunakan dicuci berturut-turut dengan air panas, 25 mL H 2 SO 4 dan etanol 95%. Kemudian dikeringkan di dalam oven bersuhu 100-105 °C sampai bobotnya konstan. Kertas saring didinginkan dalam desikator dan ditimbang. Kadar serat kasar (%) =
Bobot endapan kering (g) Bobot awal contoh (g)
x 100%
Lampiran 2 Prosedur analisis residul selulosa (Updegraff 1969) Sebelum digunakan, tabung sentrifugasi 15 mL dikeringkan dan ditimbang. Sebanyak 10 mL sampel dimasukkan ke dalam tabung tersebut (bobot awal tabung kosong kering diketahui) kemudian disentrifugasi pada kecepatan 4500 x g. Supernatan dipisahkan untuk dianalisis glukosa dan jumlah gula pereduksinya sementara sedimen yang dihasilkan dilakukan uji residual selulosa. Pada uji residual selulosa, sebanyak 3 mL reagen asetat/nitrat dimasukkan ke dalam tabung sentrifugasi berisi sedimen. Reagen tersebut dimasukkan secara bertahap kemudian divortex hingga tercampur. Jumlah awal reagen asetat/nitrat dimasukkan sebanyak 1 mL, kemudian divortex dan diberi reagen asetat nitrat kembali sebanyak 2 mL dan divortex. Setelah sampel terhomogenisasi dengan reagen asetat nitrat, dipanaskan dalam penangas air selama 30 menit (setelah mendidih) dan didinginkan pada suhu ruang. Selanjutnya sampel disentrifugasi kembali dengan kecepatan tinggi selama 5 menit dan supernatan yang diperoleh dibuang. Sedimen yang diperoleh dicuci menggunakan air destilata sebanyak 10 mL, divortex dan disentrifugasi kembali dengan kecepatan tinggi selama 5 menit. Supernatan yang diperoleh dibuang dan sedimen dikeringkan pada suhu 40OC dalam oven hingga bobotnya konstan. Residu selulosa (g/L) =
Bobot tabung berisi selulosa (g) – Bobot tabung kosong (g) Volume sampel (mL)
× 1000
Penurunan jumlah selulosa LCPKS (g/L) = Residu selulosa LCPKS setelah delignifikasi (g/L)- Residu selulosa LCPKS sampel (g/L)
18 Lampiran 3 Prosedur pengukuran biomassa Kertas saring dikeringkan dan ditimbang. Sampel sebanyak 4 mL di saring menggunakan pompa vakum sampai hanya tersisa padatan saja. Kemudian padatan dalam kertas saring tersebut dioven pada suhu 600C dan timbang hingga bobot konstan. Total bobot kering
=
Bobot kertas saring berisi padatan (g) – Bobot kertas saring kosong (g) Volume sampel (mL)
Biomassa = Total bobot kering – Residu Selulosa
× 1000
Lampiran 4 Prosedur D-glukosa menggunakan kit katalog nomor 10 716 251 035 Persiapan Larutan Botol 1 yang berisi 7.2 gram bubuk terdiri atas buffer trietanolamina (pH 7.6), NADP sebanyak 110 mg, ATP sebanyak 260 mg, dan magnesium sulfat. Botol 2 yang berisi 1.1 mL suspensi yang terdiri atas enzim heksokinase 320 U, enzim glukosa-6-fosfat dehidrogenase 160 U tidak diencerkan.
Stabilitas reagen Botol 1 stabil pada suhu penyimpanan 2 sampai 8°C selama 4 minggu sedangkan apabila disimpan pada suhu -15 sampai -25°C selama 2 bulan. Botol 2 stabil pada suhu penyimpanan 2 sampai 8°C. Prosedur uji Sebelum sampel diuji, absorbansi spektrofotometer UV di buat nol menggunakan aqua bidestilata pada panjang gelombang 340 nm. Blanko dibuat dengan melarutkan larutan 1 sebanyak 1 mL dengan aqua bidestilata sebanyak 2 mL dalam kuvet. Setelah itu, larutan diaduk dan dibaca absorbansinya (A 1 ) setelah ditunggu selama 3 menit untuk mereaksikannya. Setelah dibaca, sebanyak 0.02 mL larutan 2 dicampurkan dan dapat dibaca kembali setelah 10 – 15 menit mereaksikannya (A 2 ). Larutan sampel sebanyak 0.1 mL dilarutkan ke dalam 1 mL larutan 1 dan 1.9 mL aqua bidestilata dalam kuvet. Absorbansi (A 1 ) diukur setelah mereaksikannya selama 3 menit. Setelah dibaca, sebanyak 0.02 mL larutan 2 dicampurkan dan dapat dibaca kembali setelah 10 – 15 menit mereaksikannya (A 2 ). Perhitungan ΔA = (A 2 – A 1 ) sampel – (A 2 – A 1 ) blanko D-glukosa (g/L) = 0.864 x ΔA x faktor pengencer
19 Lampiran 5 Hasil analisis respon utama penurunan jumlah selulosa pada LCPKS Kode
No.
Nilai Sebenarnya
X1
X1
Agitasi (rpm)
1
-1
-1
100
2
1.1
2
1
-1
150
2
0.21
3
-1
1
100
6
0.18
4
1
1
150
6
0.23
0
89.5
4
0.9
0
160.35
4
0.26
−√2
125
1.18
0.85
√2 0
125
6.82
0.99
125
4
0.54
0
125
4
0.31
0
125
4
0.84
5 6 7 8
−√2 √2
0 0
9
0
10
0 0
11
Waktu (hari)
Yield (g/L)
Lampiran 6 Hasil analisis respon glukosa pada LCPKS Kode
No.
Nilai Sebenarnya
X1
X1
Agitasi (rpm)
1
-1
-1
100
2
0.152
2
1
-1
150
2
0.130
3
-1
1
100
6
0.175
4
1
1
150
6
0.099
0
89.5
4
0.192
0
160.35
4
0.125
−√2
125
1.18
0.074
√2 0
125
6.82
0.001
125
4
0.172
0
125
4
0.182
0
125
4
0.164
5 6 7 8
−√2 √2
0 0
9
0
10
0
11
0
Waktu (hari)
Yield (g/L)
20 Lampiran 7 Hasil analisis respon biomassa pada LCPKS Kode
No.
X1
Nilai Sebenarnya X1
Agitasi (rpm)
Waktu (hari)
Yield (g/L)
1
-1
-1
100
2
2.885
2
1
-1
150
2
3.495
3
-1
1
100
6
3.140
4
1
1
150
6
3.090
0
89.5
4
2.910
0
160.35
4
2.395
−√2
125
1.18
2.485
√2 0
125
6.82
3.200
125
4
2.700
0
125
4
3.495
0
125
4
3.600
5 6 7 8
−√2 √2
0 0
9
0
10
0
11
0
Lampiran 8 Hasil statistik pengaruh optimasi dan % pengaruh variabel terhadap penurunan selulosa Parameter Model X1 X2 X 12 X 1X 2 X 22 Lack of fit
Derajat Bebas 5 1 1 1 1 1 3
Jumlah Kuadrat 0.780324 0.38067 0.061603 0.029004 0.2209 0.054604 0.356027
Kuadrat Tengah 0.156065 0.38067 0.061603 0.029004 0.2209 0.054604 0.118676
F
Pr>F
1.56914 3.827409 0.619377 0.291619 2.22102 0.549012 1.680167
0.31654 0.107787 0.466926 0.612359 0.196332 0.492031 0.394234
Hasil analisis kanonik permukaan respon Parameter
Nilai Kritis 118.32 5.53 0.558
X1 X2 Pendugaan nilai Y pada titik stasioner
Hasil analisis eigenvektor Eigenvector Eigenvalues X1 0.158355 0.454906 -0.13169 0.890539 Titik stasioner adalah saddle point
X2 0.890539 -0.45491
21 RIWAYAT HIDUP Penulis adalah putri kedua dari dua bersaudara, yang dilahirkan dari pasangan Ahmad dan Jasmi Sukaenah di Bogor pada tanggal 29 Maret 1991. Penulis menempuh pendidikan di TK Kartika III 35 Kota Bogor pada tahun 1996 dan melanjutkan pendidikan dasar di SDN Panaragan 1 Kota Bogor pada tahun 1997. Pada tahun 2003 penulis masuk sekolah menengah pertama di SMPN 1 Kota Bogor dan pada tahun 2006 penulis melanjutkan pendidikan di SMA Negeri 1 Kota Bogor. Penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN) tahun 2009 dan diterima di Departemen Teknologi Industri Pertanian (TIN), Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Selama menjadi mahasiswi Institut Pertanian Bogor, penulis terlibat dalam kegiatan kemahasiswaan Unit Kegiatan Mahasiswa Uni Konservasi Fauna (UKF) IPB. Penulis pernah menjadi asisten praktikum Bioproses pada tahun ajaran 2012/2013, asisten praktikum Analisis Bahan dan Produk Agroindustri pada tahun ajaran 2012/2013 dan asisten praktikum Teknologi Pengemasan, Distribusi dan Transportasi tahun ajaran 2013/2014. Penulis juga aktif menjadi anggota pengurus Divisi Pengabdian Masyarakat Himpunan Profesi Mahasiswa Teknologi Industri (HIMALOGIN) IPB pada tahun 2012/2013 dan pernah menjadi finalis Business Competition Espriex tingkat Nasional di Universitas Brawijaya, Malang, tahun 2013. Pada bulan Juni-Agustus 2012 penulis melaksanakan Praktik Lapangan di Koperasi Peternakan Bandung Selatan (KPBS) dengan judul Mempelajari Aspek Teknologi Proses Produksi dan Pengawasan Mutu Pengolahan Susu Sapi di Milk Treatment Koperasi Peternakan Bandung Selatan, Bandung.
