Pengoptimalan kertas HVS bekas dengan menggunakan metode hidrolisis enzim selulase dari trichoderma viride sebagai penghasil bioetanol

  1. A.  Judul Program

Pengoptimalan kertas HVS bekas dengan menggunakan metode hidrolisis enzim selulase dari trichoderma viride sebagai penghasil bioetanol

  1. B.  Latar Belakang Masalah

Meningkatnya jumlah penduduk Indonesia mengakibatkan meningkatnya kebutuhan manusia akan sumber energi yang digunakan untuk berbagai aktivitas. Hal ini mengakibatkan peningkatan kebutuhan manusia terhadap bahan bakar minyak (BBM). BBM berbasis minyak bumi merupakan suatu sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui. Oleh karena itu, semua aktivitas manusia akan terhambat dengan menipisnya bahan bakar ini.

Pemerintah telah mengeluarkan Peraturan Presiden Republik Indonesia Nomor 5 Tahun 2006 tentang Kebijakan Energi Nasional untuk mengembangkan sumber energi alternatif sebagai pengganti BBM (Prihandana, 2007). Dimana sumber energi alternatif tersebut dapat digunakan sebagai pengganti BBM yang jumlahnya sangat terbatas. Kebijakan energi nasional menargetkan pada tahun 2000-2025 sebesar 5% kebutuhan energi nasional harus dapat dipenuhi melalui pemanfaatan biofuel sebagai energi baru. Salah satu sumber energi alternatif yang dapat digunakan adalah bioetanol yang dapat dihasilkan dari berbagai tanaman.

Bioetanol dapat dihasilkan dari berbagai tanaman, maupun bahan yang terdapat glukosa. Namun, bahan lain yang merupakan penghasil selulosa dapat juga digunakan sebagai bioetanol bila dihidrolisis terlebih dahulu menjadi glukosa. Kertas sebagai material yang mengandung kandungan selulosa yang cukup tinggi, merupakan salah satu alternatif bahan baku yang potensial untuk dapat dikonversikan menjadi etanol (Taruna dkk, 2010). Kertas bekas yang telah digunakan untuk aktivitas manusia dapat dimanfaatkan sebagai sumber penghasil etanol.

Konsumsi kertas di Indonesia terus meningkat satu kilogram (kg) per kapita tahun atau sekitar 220 ribu ton. Kertas yang telah digunakan, biasanya hanya akan dibuang dan menjadi tumpukan sampah yang menimbulkan masalah baru seperti pembakaran kertas yang dapat menimbulkan efek rumah kaca, menipisnya lapisan ozon, menimbulkan bau yang tidak sedap, dll.

Oleh karena itu, untuk mengoptimalkan penggunaan kertas bekas, dilakukan hidrolisis selulosa kertas dengan enzim selulase dari trichoderma viride menjadi glukosa. Glukosa hasil hidrolisis difermentasi dengan saccharomyces cereviseae dari yeast untuk menjadi bioetanol. Bioetanol berfungsi sebagai sumber energi alternatif pengganti BBM.

 

  1. C.  Perumusan masalah

Proses produksi bioetanol memerlukan bahan yang mengandung glukosa untuk dapat difermentasi. Namun, dalam kehidupan sehari-hari banyak bahan hasil aktivitas tak terpakai yang dapat diubah menjadi glukosa. Kertas HVS merupakan bahan penghasil selulosa cukup tinggi yang dapat dihidrolisis menjadi glukosa. Material ini dihidrolisis dengan enzim selulase dari trichoderma viride. Hidrolisis enzimatis dengan enzim selulase memiliki beberapa keuntungan dibandingkan hidrolisis asam, antara lain: tidak terjadi degradasi gula hasil hidrolisis, kondisi proses yang dibutuhkan lebih lunak (suhu rendah, pH netral), dapat dilakukan pada temperatur ruang dan tekanan atmosfer, berpotensi memberikan hasil yang tinggi, dan biaya pemeliharaan peralatan relative rendah karena tidak ada bahan yang korosif (Taherzadeh & Karimi, 2007), selain itu, hidrolisis enzimatis ini tidak menggunakan asam sehingga ramah lingkungan. Trichoderma viride digunakan karena mudah didapatkan dan menghasilkan enzim selulase yang cukup tinggi.

  1. D.  Tujuan Program

Penelitian ini bertujuan untuk membuat bioetanol dengan menggunakan selulosa kertas HVS bekas melalui hidrolisis enzim selulase dari trichoderma viride dan fermentasi glukosa dengan saccharomyces cereviseae dari yeast.

  1. E.  Luaran yang Diharapkan

Dari penelitian ini diharapkan kertas HVS bekas dapat termanfaatkan lebih baik dan tepat guna sebagai bahan dasar penghasil bioetanol sumber energi alternatif pengganti BBM. Hal ini menjadi solusi mengatasi kelangkaan sumber energi di Indonesia dan mendatangkan keuntungan finansial serta membuka lapangan pekerjaan baru.

  1. F.   Kegunaan Program
    1. Memperoleh produk bioetanol sebagai sumber energi alternatif pengganti BBM.
    2. Mengurangi limbah kertas HVS hasil pemakaian dalam perkantoran dan kehidupan sehari-hari, dimana menimbulkan masalah baru seperti pembakaran kertas yang dapat menimbulkan efek rumah kaca, menipisnya lapisan ozon, menimbulkan bau yang tidak sedap, dll.
    3. Salah satu solusi efektif dalam mengatasi krisis atau kelangkaan sumber energi yang terjadi di Indonesia khususnya dan dunia pada umumnya.
    4. Mengurangi dampak pencemaran dan bahaya lingkungan akibat penggunaan asam pada hidrolisis selulosa menjadi glukosa.

G. Tinjauan Pustaka

Klasifikasi Kertas Bekas

Komposisi kertas HVS sebagian besar terdiri dari selulosa dibandingkan dengan kandungan lignin atau hemiselulosa. Kandungan selulosa pada kertas HVS, mampu mencapai 90% berat. Makin tinggi kandungan selulosa pada kertas maka jumlah glukosa yang dihasilkan pada proses hidrolisis akan lebih besar sehingga akan memungkinkan jumlah etanol yang terproduksi juga akan semakin besar (Taruna, dkk. 2010).

Jumlah etanol yang rendah yang dihasilkan dari pengolahan kertas buram, dikarenakan jumlah lignin yang cukup besar yang dikandung oleh kertas buram. Lignin merupakan komponen fenolik yang tidak mengandung gugus glukosa, maka produk degradasi lignin tidak dapat difermentasikan menjadi alkohol (Taruna, dkk. 2010).

Komponen Lignoselulosa

Selulosa

Selulosa adalah salah satu komponen utama dari lignoselulosa yang terdiri dari unit monomer D-glukosa yang terikat pada ikatan 1,4-glikosidik. Selulosa cenderung membentuk mikrofibril melalui ikatan inter dan intra molekuler sehingga memberikan struktur yang larut. Mikrofibril selulosa terdiri dari 2 tipe, yaitu kristalin dan amorf.

Selulosa adalah karbohidrat yang paling melimpah dan mudah diperbarui. Akhir-akhir ini, banyak peneliti mengungkapkan bahwa limbah yang mengandung selulosa dapat digunakan sebagai sumber gula yang murah dan mudah didapat untuk menggantikan bahan pati dalam proses fermentasi (Graf & Koehler, 2000). Sumber selulosa yang dapat digunakan diantaranya adalah sisa-sisa produk pertanian dan hasil hutan, kertas bekas, dan limbah industri (White, 2000).

Hemiselulosa

Hemiselulosa merupakan salah satu penyusun dinding sel tumbuhan selain selulosadan lignin, yang terdiri dari kumpulan beberapa unit gula atau disebut heteropolisakarida, dan dikelompokkan berdasarkan residu gula utama sebagai penyusunnya seperti xylan, mannan, galactan dan glucan.Hemiselulosa terikat dengan polisakarida, protein dan lignin dan lebih mudah larut dibandingkan dengan selulosa.

Lignin

Lignin adalah bagian utama dari dinding sel tanaman yang merupakan polimer terbanyak setelah selulosa. Lignin yang merupakan polimer aromatik berasosiasi dengan polisakarida pada dinding sel sekunder tanaman dan terdapat sekitar 20-40% .Komponen lignin pada sel tanaman (monomer guasil dan siringil) berpengaruh terhadap pelepasan dan hidrolisis polisakarida (Anindyawati, T. 2009).

Enzim-Enzim Pendegradasi Lignoselulosa

Selulase

Selulase dapat diproduksi oleh fungi, bakteri, dan ruminansia.Produksi enzim secara komersial biasanya menggunakan fungi atau bakteri. Fungi yang bisa menghasilkan selulase antara lain genus Tricoderma, Aspergillus, dan PenicilliumSedangkan bakteri yang bisa menghasilkan selulase adalah Pseudomonas, Cellulomonas, Bacillus, Micrococcus, Cellovibrio, dan Sporosphytophaga.  (Sa’adahdkk.,2007).

Tricodherma viridae

Trichoderma viride merupakan kelompok fungi tanah sebagai penghasil selulase yang paling efisien (Davidek et al., 1990). Aplikasi selulase sangat terpakai di dunia industri, dimana enzim ini dapat mengkonversi materi biomassa suatu tumbuhan seperti selulosa menjadi bioproduk yang berguna seperti gula (glukosa) dan bioetanol.(Rapp et al. 1981; Srivastava et al. 1984; Schmid et al. 1987; Kwon et al. 1992; Saha et al. 1995). Keuntungan fungi tersebut sebagai sumber selulase adalah menghasilkan selulase lengkap dengan semua komponen-komponen yang dibutuhkan untuk hidrolisis total selulosa kristal dan protein selulosa yang dihasilkan cukup tinggi.

Trichoderma viride banyak digunakan dalam penelitian karena memiliki beberapa keuntungan, dinataranya adalah: 1. Selulase yang diperoleh mengandung semua komponen-komponen yang diperlukan untuk proses hidrolisis seluruh kristal selulosa. 2. Protein selulase dihasilkan dalam kualitas sangat tinggi. Dijelaskan oleh Gilbert dan Tsao (1983), selulase yang dihasilkan oleh Trichoderma viride mengandung komponen terbesar berupa selobiase dan β-1,4-glukan-selobiohidrolase (C1), sementara β-1,4-glukan-selobiohidrolase (Cx) terdapat dalam jumlah kecil. Selulase yang diproduksi mengandung asam-asam amino tertentu, yaitu : 1. Golongan asam amino yang bersifat asam : aspartat dan glutamat. 2. Golongan asam amino polar : serin, treonin, dan glisin. 3. Sebagian kecil asam amino dasar. 4. Sebagian kecil golongan asam amino sulfur. Semua enzim ini bersifat hidrolitik dan bekerja baik secara berturut-turut atau bersamaan. Selobiohidrolase adalah enzim yang mempunyai afinitas terhadap selulosa tingkat tinggi yang mampu memecah selulosa kristal. Sedangkan endoglukanase bekerja pada selulosa amorf (Coughalan, 1989). Selanjutnya dijelaskan selobiohidrolase memecah selulosa melalui pemotongan ikatan hidrogen yang menyebabkan rantai-rantai glukosa mudah untuk dihidrolisis lebih lanjut. Hidrolisa selanjutnya berlangsung sehingga diperoleh selobiosa dan akhirnya glukosa dilakukan oleh enzim β–glukonase dan β–glukosidase. Keunggulan – keunggulan inilah yang menyebabkan Trichoderma viride dapat dimanfaatkan dalam usaha untuk meningkatkan efesiensi pembuatan bioetanol.

Saccharomyces cereviseae

Saccharomyces cerevisiae dapat memproduksi etanol dalam jumlah besar dan mempunyai toleransi terhadap alkohol yang tinggi. Selain Saccharomyces cerevisiae, Zymomonas mobilis juga sangat potensial, namun bakteri ini perlu dikembangkan lebih lanjut, karena toleransinya yang rendah terhadap garam dalam media dan membutuhkan media yang steril, sehingga menyulitkan untuk aplikasi skala industri (Iida, dkk., 1993; Saroso, 1998; Hepworth, 2005). Oleh karena itu Ragi (Saccharomyces cerevisiae) adalah mikroorganisme penghasil etanol yang paling dikenal saat ini. Efisiensi fermentasi dapat ditingkatkan dengan cara mengamobilisasi sel mikroorganisme yang digunakan. Amobilisasi sel bertujuan untuk membuat sel menjadi tidak bergerak atau berkurang ruang geraknya sehingga sel menjadi terhambat pertumbuhannya dan subtrat yang diberikan hanya digunakan untuk menghasilkan produk.

Analisa Kertas HVS Bekas Pakai

Kompleksnya kandungan yang terdapat pada limbah kertas harus diperhatikan. Karena kekompleksan ini bisa menjadi kendala utama dalam memproduksi selulosa pada limbah kertas. Lignin dan Hemiselulosa pada kertas menjadi salah satu faktor penghalang utama pada reaksi hidrolisis selulosa (Xiang et.al.,2003). Struktur lignin sangat kuat karena tersusun dari gugus aromatik yang sangat panjang. Setiap gugus aromatik yang terdapat pada lignin dihubungkan oleh rantai karbon yang memiliki gugus eter. Akibatnya selulosa dan hemiselulosa sukar diurai menjadi glukosa. Adanya lignin yang masih menutupi atau melindungi selulosa dan hemiselulosa sehingga enzim selulase tidak dapat masuk dan berikatan dengan selulosa (Elba, 2006).

Selain komponen lignin dan hemiselulosa, jenis pengotor lainnya yaitu toner, pigmen, kandungan logam pada kertas, dan beberapa pengotor lainnya, juga akan mempengaruhi jumlah etanol yang dihasilkan. Dengan tingginya kandungan pengotor pada kertas akan menghambat laju reaksi hidrolisis pada kertas (Taruna dkk.,2010). Jika limbah kertas langsung memasuki tahap hidrolisis tentu akan sangat mengurangi produksi etanol yang dihasilkan karena faktor pengotor tersebut. Oleh karena itu, butuh perlakuan awal sebelum proses hidrolisis agar didapatkan selulosa yang sangat mudah untuk dihidrolisis pada tahap selanjutnya. Selulosa yang mengalami tahap pretreatment akan menunjukkan laju reaksi hidrolisis yang lebih cepat jika dibandingkan dengan selulosa yang tidak mengalami tahap pretreatment (Xiang et.al.,2003). Dengan adanya tahap perlakuan awal maka struktur lignoselulosa menjadi struktur yang acak dan relatif lebih terbuka sehingga memudahkan akses enzim selulase dalam menguraikan selulosa menjadi glukosa (Elba, 2006).

Menurut Hendra Taruna dkk.(2010), ada dua alternatif utama untuk mendapatkan selulosa dari limbah kertas HVS yang susceptible untuk reaksi hidrolisis. Alternatif pertama dengan merubahnya kembali menjadi pulp dengan proses alkaline peroxide bleaching. Alternatif kedua adalah dengan hanya merubah struktur selulosa yang kristalin menjadi amorf dengan penambahan asam sulfat.

Untuk memudahkan proses ini, HVS yang bertinta dan tidak bertinta dipisahkan. Klasifikasi limbah kertas berdasarkan jenis tinta bertujuan untuk mengetahui efek tinta terhadap jumlah etanol yang dihasilkan (Tarunadkk, 2010).

Ada dua metode yang digunakan untuk proses pretreatment limbah kertas HVS ini yaitu peroxide pretreatment dan acid pretreatment. Limbah kertas HVS yang mengandung tinta fleksografi berwarna menghasilkan jumlah etanol lebih tinggi jika dibandingkan dengan kertas yang dicetak dengan elektrofotografi, hal tersebut mengindikasikan bahwa tinta berwarna mengandung pigmen organik yang lebih mudah terdegradasi pada proses acid pretreatment. Tinta ini merupakan bahan yang dapat larut dalam larutan alkali sehingga proses penghilangan tinta dapat dilakukan dengan lebih mudah.

Sedangkan pada proses peroxide bleaching pada suasana basa, hidrogen peroksida akan bereaksi sebagai radikal OH· ataupun ion OOH yang merupakan produk dekomposisi dari hidrogen peroksida (Ensiklopedia, 1995). Radikal dan ion yang tebentuk akan menyerang gugus aromatik pada lignin dan pada tinta organik, yang umumnya merupakan senyawaan aromatik yang memiliki ikatan rangkap yang mudah terdekomposisi melalui reaksi oksidasi ataupun reduksi oleh hidrogen peroksida (Tarunadkk,2010).

Tahap peroxide pretreatment menghasilkan jumlah etanol yang lebih rendah jika dibandingkan dengan pengolahan limbah kertas HVS dengan menggunakan metode acid pretreatment. Rendahnya jumlah etanol yang dihasilkan pada proses peroxide pretreatment diakibatkan terjadinya fiber loss. Terjadinya fiber loss disebabkan adanya reaksi oksidasi ataupun mekanisme reaksi peeling dan chain scission oleh peroksida yang akan menurunkan jumlah selulosa yang terhidrolisis. Reaksi peeling dan chain scission terjadi karena terbentuknya oksigen pada peroxide pretreatment, di mana oksigen ini juga dapat merusak struktur monosakarida sehingga berefek pada penurunan jumlah etanol yang dihasilkan (Taruna, H., dkk., 2010). Oleh karena itu, metode acid pretreatment lebih mudah digunakan dan jumlah etanol yang diperoleh lebih banyak daripada metode peroxide pretreatment.Pada acid pretreatment struktur lignin terdegradasi sehingga selulosa mudah diperoleh.

Hidrolisis Selulosa

Setelah melalui proses pretreatment pada limbah kertas HVS, kemudian dilakukan proses hidrolisis dari selulosa yang diperoleh dari tahap awal. Hidrolisis selulosa merupakan proses pemutusan ikatan b-1,4-glikosida pada selulosa. Proses hidrolisis ini merupakan proses penting untuk menghasilkan etanol yang dapat dibuat dari fermentasi glukosa yang diperoleh dari hasil hidrolisis selulosa. Hidrolisis selulosa dari limbah kertas HVS akan menghasilkan etanol yang cukup banyak dikarenakan kandungan  selulosa pada kertas HVS ini mencapai 90% (Tarunadkk, 2010).

 Image

Gambar 1. Struktur Selulosa

 

Proses hidrolisis selulosa dapat dilakukan dengan metode hidrolisis asam dan enzimatis. Secara teoritis, proses hidrolisis dengan menggunakan asam sulfat dengan konsentrasi yang rendah akan menghasilkan yield glukosa hingga 50% dalam waktu yang cukup singkat (Xiang et.al.,2003). Rendahnya yield glukosa ini disebabkan oleh adanya degradasi gula hasil hidrolisis yang terbentuk karena temperatur reaksi yang digunakan sangat tinggi .Temperatur yang dibutuhkan adalah mencapai 200oC.Degradasi gula tersebut tidak hanya menurunkan konversi reaksi, namun juga dapat meracuni mikroorganisme pada saat reaksi fermentasi pada pembentukan etanol (Anonim, 2010).

Penggunaan asam pekat untuk proses hidrolisis selulosa dilakukan pada temperatur yang lebih rendah daripada asam encer.Temperatur reaksi adalah 100oC dan membutuhkan waktu reaksi antara 2 dan 6 jam.Temperatur yang lebih rendah meminimalisasi degradasi gula.Penggunaan asam pekat ini memiliki keuntungan yaitu konversi gula yang dihasilkan tinggi bisa mencapai konversi 90% (Badger, 2002).Kekurangan reaksi ini adalah waktu reaksi yang dibutuhkan lebih lama dibandingkan dengan penggunaan asam sulfat encer dan membutuhkan proses pencucian yang baik untuk mencapai pH reaksi sebelum ditambahkan mikroba pada proses fermentasi pembentukan etanol. Penggunaan asam sulfat juga dibutuhkan pada proses netralisasi yang menghasilkan limbah gypsum atau kapur yang sangat banyak dan dapat mencemari lingkungan (Taherzadeh & Karimi, 2007).

 

 

 

 

 

 

 

 Image

Gambar 2.Mekanisme hidrolisis selulosa dengan asam  (Xiang, et.al.,2003).

Asam sulfat merupakan asam yang paling banyak diteliti dan dimanfaatkan untuk hidrolisis asam.Namun, kekurangan menggunakan metode ini adalah kurang ramah lingkungan.Terlebih lagi adalah bahaya zat asam yang digunakan terhadap kesehatan manusia.Di sisi lain, Hidrolisis asam pekat juga membutuhkan biaya investasi dan pemeliharaan yang tinggi, hal ini mengurangi ketertarikan untuk komersialisasi proses ini (Taherzadeh & Karimi, 2007).

Proses hidrolisis dengan menggunakan enzim, telah banyak digunakan. Karena enzim selulase yang digunakan untuk memecah selulosa kini telah banyak dikembangkan dari berbagai tanaman dan hewan serta mudah diperoleh.Enzim selulase yang digunakan untuk menghidrolisis selulosa banyak digunakan di bidang perindustrian.Salah satu penghasil enzim selulase ini adalah jamur dan bakteri.Kondisi pH optimum untuk jamur penghasil selulase umumnya bersifat asam.pH optimum aktivitas enzim selulase berkisar pada pH 4,5 – 6,5 (Susilawati, dkk., 2002). Salah satu jamur yang penghasil selulase adalah Jamur T. viride tumbuh baik pada suhu 550C dengan menghasilkan kadar gulapereduksi paling tinggi, yaitu sebesar 0,5676 mg/mL(Susilawati dkk., 2002). Satu unit aktivitas selulase didefinisikan sebagai jumlah enzim yang menghasilkan 1 μmol glukosa dalam satu menit. Satu unit aktivitas setara dengan 16,67 nkat (Dybkaer,2001).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Image

Gambar 3. Mekanisme hidrolisis selulosa dengan enzim (Tomas et.al., 2010)

 

Aplikasi hidrolisis menggunakan enzim secara sederhana dilakukan dengan mengganti tahap hidrolisis asam dengan tahap hidrolisis enzim pada selulosa. Hidrolisis enzimatis memiliki beberapa keuntungan dibandingkan hidrolisis asam, antara lain: tidak terjadi degradasi gula hasil hidrolisis, kondisi proses yang lebih lunak (suhu rendah, pH netral) dapat dilakukan pada temperatur ruang dan tekanan atmosfer, berpotensi memberikan hasil yang tinggi, dan biaya pemeliharaan peralatan relatif rendah karena tidak ada bahan yang korosif (Taherzadeh & Karimi, 2007), efisisensi reaksi tinggi karena enzim bersifat selektif sehingga pembentukan produk samping dapat diminimalisasi. Kelemahan menggunakan enzim memang memerlukan waktu yang lebih lama daripada dengan menggunakan asam tetapi lebih ramah lingkungan.Waktu yang dibutuhkan bisa mencapai 72 jam.

Oleh karena itu, jika melihat suatu proses yang mengarah pada Green Chemistry dan hasil yang lebih baik ,metode hidrolisis dengan menggunakan enzim lebih baik digunakan daripada menggunakan hidrolisis asam.

Fermentasi Glukosa Menjadi Etanol

Proses ini merupakan tahap lanjut dari proses hidrolisis selulosa dengan asam ataupun enzim yang menghasilkan glukosa. Setelah proses hidrolisis kemudian dilakukan fermentasi menggunakan yeast seperti S. cerevisiae untuk mengkonversi menjadi etanol.

Proses hidrolisis dan fermentasi ini akan sangat efisien dan efektif jika dilaksanakan secara berkelanjutan tanpa melalui tenggang waktu yang lama, hal ini yang sering dikenal dengan istilah Simultaneous Sacharificatian danFermentation (SSF) (Samsuri dkk., 2007).

SSF yaitu kombinasi antara hidrolisis menggunakan enzim selulase dan yeast S. cerevisiae untuk fermentasi gula menjadi etanol secara simultan. Proses SSF sebenarnya hampir sama dengan dengan proses yang terpisah antara hidrolisis dengan enzim dan proses fermentasi, hanya dalam proses SSF hidrolisis dan fermentasi dilakukan dalam satu reaktor (Takagiet. al, 1977).

Keuntungan dari proses ini adalah polisakarida yang terkonversi menjadi monosakarida tidak kembali menjadi poliskarida karena monosakarida langsung difermentasi menjadi etanol. Selain itu, dengan menggunakan satu reaktor dalam prosesnya akan mengurangi biaya peralatan yang digunakan (Samsuridkk., 2007).

Proses fermentasi yang terjadi pada kondisi anaerob oleh S. Cerevisiae

 

C6H12O6          S. Cerevisiae        C2H5OH + 2CO2

 

            Saccharomyces cerevisiae merupakan mikroorganisme yang palingbanyak digunakan pada fermentasi alkohol karena dapat berproduksi tinggi, tahanterhadap kadar alkohol yang tinggi, tahan terhadap kadar gula yang tinggi dan tetapaktif melakukan aktivitasnya pada suhu 4 – 32oC (Kartika et.al.,1992).

Untuk mendapatkan bioetanol dengan kemurnian tinggi, harus dilakukan proses pemurnian dengan cara destilasi. Destilasi dilakukan untuk memisahkan etanol dari broth fermentasi yang sebagian besar adalah air.Untuk mendapatkan etanol sampai dengan kemurnian 95% volume, dilakukan destilasi bertingkat dengan mengumpankan hasil destilasi pertama ke unit destilasi selanjutnya. Dengan demikian, teknologi proses yang efektif menggunakan bahan baku lignoselulosa dapat menghasilkan produk bioetanol untuk memenuhi kebutuhan jangka panjang. (Anindyawati, 2009).

 

  1. H.  Metode Pelaksanaan Program

Penelitian ini dilakukan dengan beberapa tahapan, yaitu tahap acid pretreatment untuk memisahkan antara lignin, hemiselulosa, dan selulosa. Tahap selanjutnya yaitu hidrolisis selulosa dengan enzim selulase dari trichoderma viride. Produk yang dihasilkan merupakan glukosa yang kemudian dilakukan tahap fermentasi dengan saccharomyces cereviseae dari yeast untuk menghasilkan bioetanol.

H.2. Alat dan Bahan

H.2.1. Peralatan

Peralatan yang digunakan adalah adalah peralatan gelas, fermentor, destilat, evaporator, gelas beker, pipet tetes.

H.2.2. Bahan-bahan

Bahan-bahan yang digunakan adalah asam pekat, trichoderma viride, yeast/ragi, dan air

H.3. Cara Kerja

H.3.1 Acid Pretreatment

Untuk memudahkan proses ini, HVS yang bertinta dan tidak bertinta dipisahkan. Struktur selulosa pada kertas HVS yang kristalin menjadi amorf dengan penambahan asam sulfat. Kertas dihancurkan hingga menjadi bubur

H.3.2 Hidrolisis Selulosa menjadi glukosa

            Hidrolisis Asam

            Penggunaan asam pekat untuk proses hidrolisis selulosa dilakukan pada temperatur yang lebih rendah daripada asam encer. Temperatur reaksi adalah 100oC dan membutuhkan waktu reaksi antara 2 dan 6 jam. Temperatur yang lebih rendah meminimalisasi degradasi gula. Penggunaan asam pekat ini adalah memiliki keuntungan yaitu konversi gula yang dihasilkan tinggi bisa mencapai konversi 90% (Badger, 2002). Kekurangan reaksi ini adalah waktu reaksi yang dibutuhkan lebih lama dibandingkan dengan penggunaan asam sulfat encer dan membutuhkan proses pencucian yang baik untuk mencapai pH reaksi sebelum ditambahkan mikroba pada proses fermentasi pembentukan etanol.

Hidrolisis Enzimatis

Hidrolisis menggunakan enzim secara sederhana dilakukan dengan mengganti tahap hidrolisis asam dengan tahap hidrolisis enzim pada selulosa. Hidrolisis enzimatis dengan enzim selulase memiliki beberapa keuntungan dibandingkan hidrolisis asam, antara lain: tidak terjadi degradasi gula hasil hidrolisis, kondisi proses yang dibutuhkan lebih lunak (suhu rendah, pH netral), dapat dilakukan pada temperatur ruang dan tekanan atmosfer, berpotensi memberikan hasil yang tinggi, dan biaya pemeliharaan peralatan relative rendah karena tidak ada bahan yang korosif (Taherzadeh & Karimi, 2007), selain itu, hidrolisis enzimatis ini tidak menggunakan asam sehingga ramah lingkungan.

H.3.3 Fermentasi Glukosa menjadi Etanol

            Setelah proses hidrolisis selulosa dengan asam ataupun enzim yang menghasilkan glukosa kemudian dilakukan fermentasi menggunakan yeast seperti S. cerevisiae untuk mengkonversi menjadi etanol.

H.3.4 Destilasi dan Dehidrasi

Etanol hasil fermentasi kemudian di destilasi dan dilakukan dehidrasi untuk menghilangkan air.

 

  1. I.                   Jadwal Kegiatan Program

Tabel Jadwal Kegiatan PKMP

Kegiatan

Bulan 1

Bulan 2

Bulan 3

Bulan 4

Bulan 5

1. Penyiapan Alat, Bahan

 

 

 

 

 

2. Percobaan Laboratorium

 

 

 

 

 

3. Analisa Laboratorium

 

 

 

 

 

4. Analisa Data

 

 

 

 

 

5. Studi Pustaka

 

 

 

 

 

6. Penyusunan Laporan

 

 

 

 

 

 

  1. J.    Rancangan Biaya

No.

Rekapitulasi Biaya Penelitian

 

Jumlah Pengeluaran

1.

Bahan habis pakai

Rp  3.750.000,-

2.

Peralatan penunjang PKMP

Rp     350.000,-

3.

Biaya perjalanan

Rp     800.000,-

4.

Biaya analisis

Rp  4.150.000,-

5.

Penyusunan dan penggandaan laporan

Rp     550.000,-

4.

Biaya pengeluaran lain-lain

Rp.    400.000,-

 

Jumlah

Rp. 10.000.000,-

 

 

 

JENIS PENGELUARAN

 

ANGGARAN YANG DIUSULKAN

Bahan Habis Pakai

Trichodrema Viride

Rp  1.715.000,-

Limbah kertas HVS

Rp    905.000,-

Asam Sulfat pekat

Rp    775.000,-

Yeast/ ragi

Rp    325.000,-

Akuades

Rp      80.000,-

Peralatan Penunjang PKMP

Kertas saring Hoffman @ 125.000

Rp    400.000,-

pH indikator 1 pak

Rp    100.000,-

Fermentor

Rp 1.000.000,-

Destilat

Rp 1.500.000,-

Evaporator

Rp 1.500.000,-

Biaya Perjalanan

Transportasi dalam kota selama

penelitian

Rp   200.000,-

Transportasi luar kota,

analisis hasil

Rp   600.000,-

Penyusunan dan Penggandaan Laporan

  1. 1 Rol Film cuci cetak
  2. Kertas kuarto 80 gram
  3. Tinta
  4. Fotokopi laporan dan pengadaan literatur serta jurnal

Rp  150.000,-

Rp  100.000,-

Rp    50.000,-

Rp  250.000,-

Pengeluaran Lain-Lain

Sewa Peralatan Laboratorium

Rp  200.000,-

Biaya lain-lain tidak terduga

Rp  200.000,-

 

 

  1. K.                  DAFTAR PUSTAKA

Anindyawati, T. 2009. Prospek Enzim Dan Limbah Lignoselulosa Untuk Produksi Bioetanol. Pusat Penelitian Bioteknologi-LIPI.

Castello, R., dan Chum, H. (1998).Biomass, bioenergi dan carbon management. In “Bioenergi ’98: Expdaning Bioenergi Partnerships” (D. Wichert, ed.). pp. 11-17.

Chandel, A. K., E.S. Chan., R. Rudravaram, M. L.Narasu, L. V. Rao, and P. Ravindra. 2007. Economics and Environmental Impact ofBioethanol Production Technologies : AnAppraisal. Biotechnology and Molecular Biology Review Vol. 2 (1), 14-32.

Dian S., Saadah D., Shabarni G. 2007. Degradasi Enzimatik Selulosa Dari Batang Pohon Pisang Untuk Produksi Glukosa Dengan Bantuan Aktivitas Selulolitik Trichoderma viride. Laporan Penelitian Dasar (Litsar) Universitas Padjadjaran.

Elba, Bon P. S.. 1996. Ethanol Production Via Enzymatic Hydrolisis of Sugar-Cane Bagasse and Straw. Chemistry Institute Federal University of Rio de Jenero, (Online), (http//www.fiesp.com.br/agencianoticias/2007/05/15/elba.bon.pdf, diakses 3Maret 2009).

Gerhatz, W. 1990.Enzyme in Industry :Production and Application. VCH Verlagsgesellschaaft mbH, D 6940 Weinheim. p. 81-82.

Graf, A. & Koehler, T. 2000.Oregon Cellulose-Ethanol study.An Evaluation of the potential for ethanol production in Oregon using cellulose-based feedstock.Oregon Office of Energy. Oregon.

Kartika, B., A.D. Guritno, D. Purwadi, D. Ismoyowati. 1992. Petunjuk Evaluasi Produk Industri Hasil Pertanian. PAU Pangan dan Gizi UGM.Yogyakarta. Kompas, 2010.Edisi 13 Maret 2010. Bandung.

Kunaepah,U. 2008. Pengaruh Lama Fermentasi Dan Konsentrasi Glukosa Terhadap Aktivitas Antibakteri, Polifenol Total Dan Mutu Kimia Kefir Susu Kacang Merah. Tesis Untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai derajat S-2. Universitas Dipenegoro.

Lee, S. S., J. K. Ha, H. S. Kang, T. McAllister, and K.-J.Cheng. 1997. Overview of energymetabolism, substrate utilization and fermentationcharacteristics of ruminal anaerobic fungi. Korean J. Anim. Nutr. Feedstuffs 21:295–314.

Lin, Yan, and S. Tanaka. 2006. Ethanol fermentation from biomass reseources : current state and prospects. Appl.Microbiol. Biotechnol. 69: 627-642.

Maryana, R. 2006. Pengembangan Bioetanol dari Starchy Materials dan Lignoselulosa Sebagai Salah Satu Energi Alternatif. Prosiding Seminar Nasional Kimia danPendidikan. Hal 206-212.

Perez, J., J.M. Dorado, T. Rubia, and J. Martinez. 2002. Biodegradation and biologicaltreatments of cellulose, hemicellulose andlignin : an overview. Int. Microbiol 5: 53-63.

Prihandana.2007. Bioetanol Ubi kayu Bahan Bakar Masa Depan.Agromedia. Jakarta.

Qian Xiang et.al., 2003, Heterogeneous Aspects Of Acid Hydrolysis Of a Cellulose, Humana Press, Vol 105-108. R. Dybkaer, Pure Appl Chem 73 (2001) 927.

Sa’adah D., Shabarni, G., 2007. Degradasi Enzimatik Selulosa Dari Batang Pohon Pisang Untuk Produksi Glukosa Dengan Bantuan Aktivitas Selulolitik Trichoderma viride. Lembaga Penelitian Universitas Padjajaran.

Samsuri, M., M. Gozan, R. Mardias, M. Baiquni, H. Hermansyah, A. Wijanarko, B. Prasetya, dan M. Nasikin. 2007. Pemanfaatansellulosa bagas untuk produksi etanolmelalui sakarifikasi dan fermentasiserentak dengan enzim xylanase. Makara, Teknologi Vol. 11 No. 1, 17-24.

Shallom, D. and Y. Shoham. 2003. Microbial Hemicellulases. Current Opinion inMicrobiology, 6: 219-228.

Siswanto, Suharyanto, dan R. Fitria. 2007. Produksi dan karakterisasi lakaseOmphalina sp. Menara Perkebunan, 75(2), 106-115.

Susilawati, D.N., Rosmimik, Saraswati, R., Simanungkalit, R .D.M. & Gunarto, L. 2002.Koleksi, karakterisasi, dan preservasi mikroba penyubur tanah dan perombak bahan organik.Prosiding seminar hasil penelitian rintisan dan bioteknologi tanaman.Balai penelitian bioteknologi dan sumberdaya genetik pertanian.

Taherzadeh, M.J. and Karimi, K. 2007.Acid-based hydrolysis processes for ethanol from lignocellulosic materials: a review., Bioresources 2(3), pp. 472-499.

Taruna, H., Rita A., Tania S., Sri A. 2010. Studi Awal Pemanfaatan Limbah Kertas HVS sebagai Bahan Baku Dalam Proses Pembuatan Etanol. Universitas Indonesia

Tomas, M., Josef P., Petra O., Igor B. 2010.The Using Of Enzymes For Degradation Of Cellulose Substrate For The Production Of Biogas. Department of Environmental Engineering, Institute of Chemical and Environmental Engineering,Faculty of Chemical and Food Technology, Slovak University of Technology, Radlinskeho, Bratislava, Slovak Republic.

White, J.G. 2000.Oregon perspective on cellulose-to-ethanol.Oregon Office of Energy. Oregon

Widyastuti, H., Siswanto, dan Suharyanto. 2007. Optimasi pertumbuhan dan aktivitas enzimlignolitik Omphalina sp dan Pleurotusostreatus pada fermentasi padat. Menara Perkebunan, 75(2), 93-105.

Wuyep, P.A, A.U. Khan, and A.J. Nok. 2003. Production and Regulation of Lignindegrading enzymes from Lentinussquarrosulus (mont.) Singer andPsathyrella atroumbonata Pegler. African J. of Biotechnology 2(11) 444-447.

Zaldivar, J., Nielsen, J., and Olsson. 2001. Fuel ethanol production from lignocellulose : a challenge for metabolic engineering and process integration. Appl. Microbiol.Biotechnol. 56: 17-34.

 

  1. L.  Nama dan Biodata Ketua serta Anggota Kelompok
    1. Nama Lengkap                              : Sugiarti Norvia
    2. NIM                                              : 24030110130052
    3. Fakultas/ Program Studi               : MIPA/ Kimia
    4. Perguruan Tinggi                           : Universitas Diponegoro
    5. Waktu untuk kegiatan PKM         : 15 jam/ minggu

M.Nama dan Biodata Dosen Pendamping

  1. Nama Lengkap dan Gelar             : Purbowatiningrum R.S, S.Si., M.Si
  2. Golongan Pangkat dan NIP          : 197303141999032002
  3. Jabatan Fungsional                        :
  4. Jabatan Struktural                         :
  5. Fakultas/Program Studi                : MIPA / Kimia
  6. Perguruan Tinggi                           : Universitas Diponegoro
  7. Bidang Keahlian                           : Biokimia
  8. Waktu untuk kegiatan PKM         : 15 jam/minggu

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s