STUDI BAHAN BAKU BERLIGNOSELULOSA DARI LIMBAH PERTANIAN UNTUK PRODUKSI GULA XILOSA MURAH DIIKUTI PROSES FERMENTASI MENGHASILKAN ETANOL Disusun oleh: Rurry Patradhiani 2305100 001 Indira Setia Utami 2305100 009 Dosen Pembimbing Dr. Ir. Arief Widjaja, M.Eng
Dr. Ir. Soeprijanto, M.Sc
LABORATORIUM TEKNOLOGI BIOKIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA - FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2010
LATAR BELAKANG Memanfaatkan limbah pertanian sebagai bahan baku Gula xilosa
Keberadaan sumber energi turun
Kebutuhan energi meningkat
Degradasi enzimatik dengan bantuan enzim xilanase
Menghasilkan Etanol dari fermentasi dengan Pichia stipitis
TUJUAN PENELITIAN Mengkaji
cara memanfaatkan limbah pertanian untuk dimanfaatkan sebagai sumber bahan baku produksi gula xilosa. Membandingkan berbagai bahan baku yang menghasilkan gula xilosa terbanyak Mengkaji cara menentukan kondisi operasi terbaik dalam proses fermentasi xilosa menghasilkan etanol.
MANFAAT PENELITIAN Memanfaatkan
limbah berlignoselulosa khususnya limbah pertanian yang banyak mengandung xilan. Mengatasi persoalan pengadaan energi melalui pengadaan energi dari limbah pertanian menghasilkan etanol Mengetahui kondisi operasi terbaik dalam proses fermentasi xilosa menghasilkan etanol
METODOLOGI
Kondisi Operasi Penelitian Kondisi operasi pada tahap pembuatan enzim yang dilakukan antara lain: Jenis strain = T. reesei Temperatur operasi = 32 oC (suhu ruang) pH = 5.5 Kondisi operasi pada tahap degradasi enzimatik yang dilakukan antara lain: Temperatur operasi = 50 oC pH = 5.5 Kondisi operasi pada tahap fermentasi yang dilakukan antara lain: Jenis strain = Pichia stipitis Temperatur operasi = 35 oC (suhu ruang) pH = 5.5
Variabel Penelitian Variabel yang digunakan pada tahap konversi xilan menjadi xilosa antara lain: Bahan Baku = Dedak gandum, Bagas Tebu, Sekam Padi Variabel yang digunakan pada tahap fermentasi antara lain: Waktu fermentasi = 6 hari dan 8 hari.
HASIL PENELITIAN Aktifitas enzim xilanase Pre-Treatment dan degradasi bahan baku Fermentasi xilosa menjadi etanol
DISKUSI & PEMBAHASAN
KESIMPULAN
Bahan baku yang berasal dari limbah pertanian mampu menghasilkan gula xilosa dengan bantuan enzim xilanase. Dalam mendegradasi bahan baku dengan enzim xilanase perlu treatment untuk menghilangkan struktur lignin dalam bahan baku. Kadar gula hasil degradasi enzimatik tertinggi diperoleh dari dedak gandum dengan kadar 2,69 g/L dengan metode DNS dan 1,21 g/L dengan metode HPLC. Yeast Pichia stipitis dapat memfermentasi xilosa murni dan xilosa hasil degradasi menjadi etanol. Kondisi optimum dalam fermentasi gula menjadi etanol dicapai pada waktu inkubasi 8 hari.
TERIMA KASIH
1. PRODUKSI ENZIM XILANASE
2. TREATMENT BAHAN BAKU
Treatment mekanik
Treatment kimiawi
3. DEGRADASI ENZIMATIK
4.FERMENTASI MIKROAEROBIK
AKTIFITAS ENZIM XILANASE Aktifitas enzim xilanase ditentukan dengan metode DNS (Dinitrosalisilic Acid) yaitu sebesar 4,17 IU/ml
TREATMENT BAHAN BAKU Bahan baku yang digunakan berukuran 100 mesh Kadar Hemiselulosa bahan baku ditentukan dengan TAPPI method T 213 om 88
Bahan Baku
Kadar Hemiselulosa (%)
Dedak Gandum
33,79±0,53
Sekam Padi
26,55±0,52
Bagas Tebu
11,72±0,34
Degradasi Enzimatik Grafik pengaruh bahan baku terhadap konsentrasi gula reduksi berdasarkan metode DNS
PERBANDINGAN JENIS BAHAN BAKU TERHADAP KONSENTRASI GULA
Pada degradasi enzimatik didapatkan konsentrasi gula berdasarkan metode DNS Bahan Baku
Konsentrasi Gula (gr/L)
Dedak Gandum
2,69
Sekam Padi
2,06
Bagas Tebu
2,04
Berdasarkan data diatas, konsentrasi gula tertinggi berasal dari dedak gandum, hal ini sesuai dengan analisa kadar hemiselulosa sebelumnya dimana dedak gandum memiliki kadar hemiselulosa tertinggi.
GULA Hasil
degradasi enzimatik ini dianalisa dengan HPLC untuk memastikan jenis dari gula yang terkandung. Standar yang digunakan adalah xilosa dan glukosa karena enzim yang digunakan dalam degradasi enzimatik merupakan crude enzim. Crude enzim ini terdiri dari enzim xilanase yang mendegradasi polimer xilan menjadi monomer xilosa dan enzim selullase yang mendegradasi selulosa menjadi monomer glukosa.
HASIL ANALISA HPLC Bahan Baku
Konsentrasi gula xilosa (gr/L)
Dedak Gandum
1,21
Sekam Padi
0,062
Bagas Tebu
0,093
•Dari kromatogram HPLC, dapat disimpulkan bahwa dalam larutan gula hasil degradasi enzimatik terdapat gula xilosa yang menjadi obyek dari fermentasi yang akan dilakukan, namun gula glukosa tidak terdeteksi. •Dalam kromatogram ini retentation time dari xilosa adalah 9,60 menit dan retentation glukosa 8,91 menit, pada kromatogram ini terdapat peak yang sesuai untuk xilosa, tetapi peak yang sesuai dengan glukosa tidak ada.
IDENTIFIKASI JENIS GULA Kemungkinan
peak dari glukosa berubah karena adanya komponen gula reduksi lainnya. Jika dibandingkan dengan konsentrasi gula hasil metode DNS yang memiliki konsentrasi yang lebih besar dapat disimpulkan bahwa terbentuk gula reduksi lain selain xilosa sehingga pada analisa DNS, gula reduksi lain itulah yang terdeteksi.
YIELD ETANOL XILOSA Larutan xilosa hasil degradasi enzimatik dengan konsentrasi tertentu ditreatment lagi dengan treatment boiling and overliming selama 15 menit untuk menghilangkan lignin yang tersisa dalam larutan gula sebelum difermentasikan. Fermentasi ini dilakukan pada initial cell 6,5 g/lt dan waktu fermentasi 6 dan 8 hari.
Bahan baku
Konsentrasi Kadar etanol 6 Kadar etanol 8 gula awal (gr/L) hari (%v/v) hari (%v/v)
Dedak gandum
2,69
0,74
1,19
Sekam padi
2,06
0,69
1,16
Bagas tebu
2,04
0,68
1,05
YIELD ETANOL DIHASILKAN Pada
fermentasi diperoleh kadar etanol sebesar 1,96% untuk 6 hari dan 2,2 % untuk 8 haridari larutan xilosa murni dengan konsentrasi 50 gr/lt. Pada literatur disebutkan ada 3 reaksi fermentasi yang mungkin terjadi, yaitu : 1. 3 xilosa 5 etanol + 5 karbon dioksida 2. 3 xilosa 4 etanol + 7 karbon dioksida 3. xilosa 2 etanol + karbon dioksida + air
YIELD ETANOL XILOSA MURNI Dari
reaksi-reaksi di atas, yield tertinggi diperoleh dari reaksi 3, yaitu 61%, sedangkan reaksi 1 dan 2 yieldnya 51% dan 41% (Lee, Speight, dan Loyalka. 2007). Dari kemungkinan ini, reaksi yang ke 3 yang paling mendekati karena yieldnya sekitar 55-65%.
YIELD ETANOL XILOSA Berdasarkan reaksi, didapatkan kadar etanol teoritis yang terbentuk dari dedak gandum dengan konsentrasi gula xilosa 1,21 g/L adalah 0,077%(v/v). Padahal kadar etanol dari analisa GC sebesar 0,74% (v/v).
ANALISA GC
Fermentasi Dedak gandum 6 hari
Fermentasi Dedak gandum 8 hari
ANALISA GC
Fermentasi Sekam padi 6 hari
Fermentasi Sekam padi 8 hari
ANALISA GC
Fermentasi Bagas tebu 6 hari
Fermentasi Bagas tebu 8 hari
YIELD ETANOL XILOSA Perbedaan ini kemungkinan disebabkan beberapa hal, yaitu: Adanya senyawa lain yang mempunyai peak yang sama seperti etanol dalam larutan hasil fermentasi, sehingga mempertinggi peak dari etanol dan menyebabkan kadar etanol melewati kadar etanol teoritis >> Sehingga masih perlu analisa lebih lanjut untuk menjelaskan masalah ini.
