PRODUKSI GULA REDUKSI DARI BAGASSE TEBU MELALUI HIDROLISIS ENZIMATIK MENGGUNAKAN CRUDE ENZYME SELULASE DAN XYLANASE

Transkripsi

1 PRODUKSI GULA REDUKSI DARI BAGASSE TEBU MELALUI HIDROLISIS ENZIMATIK MENGGUNAKAN CRUDE ENZYME SELULASE DAN XYLANASE Penyusun: Charlin Inova Sitasari ( ) Yunus Imam Prasetyo ( ) Dosen Pembimbing: Prof. Dr. Ir. Arief Widjaja, M.Eng Laboratorium Teknologi Biokimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember

2 Pendahuluan 2

3 Latar Belakang Alternatif Pemanfaatan Bagasse Tebu Menggunakan CRUDE ENZYME SELULASE DAN XILANASE Komposisi BAGASSE TEBU : 45% selulosa, 26% hemiselulosa, 20%lignin, 9% impurities Jumlah Limbah Pertanian Berlignoselulosa Meningkat Produksi GULA REDUKSI 3

4 Rumusan Masalah 1. Bagasse tebu mengandung 45 % selulosa dan 26% hemiselulosa yang belum dimanfaatkan menjadi gula reduksi. 2. Harga enzim murni yang mahal sehingga diperlukan penggunaan crude enzim dari selulase dan xilanase dalam menghasilkan gula reduksi. 3. Enzim selulase dan xilanase perlu disinergikan untuk menghasilkan gula reduksi yang lebih banyak. 4

5 Tujuan Penelitian 1. Menghasilkan crude enzyme selulase dan xilanase 2. Mempelajari pengaruh jenis dan komposisi campuran enzim pada hidrolisis enzimatik bagasse tebu untuk mendapatkan gula reduksi yang optimum. 3. Mendapatkan perbandingan konversi/yield antara enzim murni dengan crude enzim selulase dan xilanase dalam menghasilkan gula reduksi. 5

6 Tinjauan Pustaka 6

7 Gula Reduksi Gula yang mempunyai kemampuan untuk mereduksi. Hal ini dikarenakan adanya gugus aldehid atau keton bebas. Contoh gula yang termasuk gula reduksi adalah glukosa, manosa, fruktosa, laktosa dan maltosa. 7

8 Bagasse Tebu Ampas tebu (bagasse) merupakan limbah padat dan berserat yang berasal dari proses penggilingan batang tebu (Saccharum oficinarum) setelah diambil niranya pada industri gula. Bagasse tebu mengandung 45% selulosa, 26% hemiselulosa (92% xylose), 20% lignin, 2,1% ash, dan komponen lain (garam). (Boussarsar, 2009) 8

9 Lignin Lignin merupakan polimer amorf penyusun kayu dengan berat molekul yang besar dan memiliki struktur yang kompleks yang terdapat pada dinding sel tumbuhan. 9

10 Proses Pretreatment Bahan Berlignoselulosa Untuk menghancurkan ikatan lignin sehingga komponen hemiselulosa ataupun selulosa lebih mudah untuk didegradasi dan diperoleh proses hidrolisis enzimatik yang optimal PRETREATMENT MEKANIK seperti penggilingan (milling) & penghancuran PRETREATMENT KIMIAWI yaitu penghancuran ikatan lignin dengan menggunakan larutan NaOH encer (Douglas dan George, 1988) 10

11 Selulosa Selulosa merupakan polimer glukosa linier hidrofilik yang dihubungkan oleh ikatan glioksida. Selulosa berfungsi sebagai penguat pada batang tumbuhan. (Lee, 1992) 11

12 Hemiselulosa Hemiselulosa merupakan heteropolisakarida yang merupakan gabungan dari polimer dengan rantai relatif lebih pendek dan bercabang, terdiri dari monomer xylosa, arabinosa, glukosa, manosa dan galaktosa dengan struktur amorf. (Bailey dan Ollis, 1986) 12

13 Enzim Selulase Enzim selulase adalah enzim yang dapat mendegradasi selulosa (polisakarida dari bentukan glukosa). Umumnya selulase mendegradasi selulosa yang memiliki rantai yang lebih pendek dari komponen kayu (selulosa, hemiselulosa, lignin, ekstraktif dan mineral). Enzim Selulase Glucose 13

14 Degradasi Selulosa 15

15 Substrat untuk Produksi Enzim Selulase Enzim selulase dapat diproduksi dari berbagai jenis karbohidrat, yakni: 1. Bahan murni seperti laktosa 2. Bahan sereal seperti tepung kedelei, tepung jagung, tepung gandum, limbah pertanian seperti bagas, pohon jagung, jerami gandum atau jerami padi. Muthuvelayudham dan Viruthagiri (2006) melaporkan bahwa T. reesei QM 9414 tumbuh baik pada glukosa, xilosa, laktosa, selulosa, bagas tebu dan jerami padi. 16

16 Enzim Xylanase Enzim xilanase merupakan biokatalis reaksi hidrolisis xylan (hemiselulosa) menjadi gula pereduksi. Enzim xilanase dapat dihasilkan oleh sejumlah mikroorganisme seperti: A. niger, Bacillus, Cryptococcus, Penicillium, Aureo-basidium, Fusarium, Rhizomucor, Humicola. Jenis jamur yang berpotensi menghasilkan enzim xilanase yaitu jamur Trichoderma ressei. 17

17 Degradasi Hemiselulosa Xilanase OH OH O OH OH Hemiselulosa Xilosa 19

18 Penelitian Terdahulu Peneliti Objective Variabel Hasil Koullas D. P., dkk (1992) B.O. Aderemi dkk. (2008) Lutfiana dan Winda (2011) Mempelajari efek dari delignifikasi basa pada sakarifikasi jerami pandum dengan enzim selulase Menghasilkan glukosa dari jerami padi dengan memanfaatkan A. Niger yang diisolasi dari biji jagung Hidrolisis jerami padi secara enzimatik dengan pretreatment basa untuk produksi hidrogen Konsentrasi NaOH: 0%, 2%, 4%, 6%, 8%, 10% Suhu: C ph: 4,5-5 Konsentrasi NaOH: 1%, 2%, 4% Suhu hidrolisa: 60 C dan 80 C ph hidrolisis: 3 dan 5,5 Kadar selulosa tertinggi pada konsentrasi NaOH 4% dengan kadar selulosa 44,6% Peningkatan yield glukosa 87% Konsentrasi optimal NaOH adalah 4% Suhu dan ph optimum adalah 60 C dan 3 dengan hasil konsentrasi gula tertinggi adalah 10,898 gr/l 18

19 Penelitian Terdahulu Peneliti Objective Variabel Hasil Mufnaiti Prihartini (2012) Nadiem Anwar (2012) Produksi hidrogen dari jerami padi melalui hidrolisis enzimatik dan fermentasi Produksi hidrogen dari jerami padi secara fermentasi anaerobik nonfotosintesis melalui hidrolisis enzimatik Enzim: campuran enzim murni (T/A=2/1), enzim murni T.reseei, enzim murni A.niger, crude enzim T.reseei dan campuran crude enzim (T/A=2/1) Enzim: enzim murni, enzim kasar T.reseei dan A.niger, enzim kasar (T/A=2/1; T/A=1/1; T/A=1/2) Enzim murni yang menghasilkan yield gula reduksi paling tinggi sebesar 0,2 Proses hidrolisis terbaik menggunakan enzim kasar dengan rasio T/A=2/1, dengan konsentrasi gula reduksi tertinggi 8,7 g/l 19

20 Metodologi Penelitian 20

21 Metodologi Penelitian Sugarcane Bagasse Trichoderma reesei Aspergillus niger Mechanical Pretreatment mesh Chesson Analysis Produce crude enzyme with wheat bran substrate Produce crude enzyme with rice straw substrate Chemical Pretreatment (NaOH 1%) Crude enzyme xylanase Enzyme activity test Crude enzyme cellulase Chesson Analysis Enzymatic hydrolysis Reducing sugar Sugar concentration test: DNS (reducing sugar) HPLC (glucose, xylose,etc.) 21

22 Kondisi Operasi Penelitian Pretreatment 1. Ukuran partikel bagasse tebu mesh 2. Temperatur 80 o C 3. Waktu 8 jam Produksi Enzim 1. Ukuran partikel bahan baku mesh 2. Jenis strain T. reesei dan A. niger 3. Temperatur 32 o C 4. ph 5,5 5. Waktu inkubasi 8 hari 22

23 Kondisi Operasi Penelitian 1. Ukuran partikel bagasse tebu mesh 2. Temperatur 60 o C 3. ph 3 4. Waktu hidrolisa 48 jam 5. Rasio enzim/bagasse tebu 93 U/5 gr bagasse tebu 23

24 Variabel Penelitian Komposisi enzim Crude enzim selulase dari jerami padi (2T : 1A) Crude enzim xilanase dari dedak gandum Campuran crude enzim selulase dan xilanase (2:1) Enzim murni selulase dan xilanase dari T. reseei 24

25 Rangkaian Peralatan Keterangan Gambar : 1. Hot plate stirrer 2. Water bath 3. Labu alas bulat yang dilengkapi magnetik stirer 4. Termometer 5. Kondensor reflux 6. Aliran air masuk 7. Aliran air keluar Keterangan Gambar : 1. Hot plate stirrer 2. Water bath 3. Erlenmeyer yang dilengkapi magnetik stirer 4. Termometer Gambar Alat Pretreatment Gambar Alat Hidrolisis 25

26