Degradasi Ampas Perasan Kelapa Sawit Menggunakan Kombinasi Kimia dan Enzimatis

(1)

ENZIMATIS

HERRY

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(2)

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN

SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Degradasi Ampas Perasan Kelapa Sawit Menggunakan Kombinasi Kimia dan Enzimatis adalah 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 tesis ini

Bogor, Maret 2010

(3)

Herry. Degradation Of Palm Oil Dregs Using Chemical and Enzimatic Combination. Under direction of ZAINAL ALIM MAS’UD and KOMAR SUTRIAH

Degradation of palm oil dregs using chemical and cellulose enzim combination has been tried to produce simple sugar from cellulose and hemicellulose moleculs in palm oil dregs. Combination chemical (sodium hypochlorite and hydrogen peroxide) and enzim are used to degrade cellulose and hemicellulose. It is proposed to produce simple sugar that can be used as raw material resources in feed. The reason of using sodium hypochlorite and hydrogen peroxide is their characteristic as an oxidator that can cleave molecul binding in cellulose, hemicellulose, and also release lignin that binded with cellulose and hemicellulose. The objective of this research is to get scientific information about the technic of palm oil dregs degradation using combination method of chemical and enzim. This reaserch has done on March 2008 – February 2009 at Testing Laboratory of Balai Besar Pengembangan Budidaya Air Tawar and Laboratorium Terpadu IPB. The procedur consists of (1) preparing palm oil dregs; (2) treatment palm kernel meal with NaOCl – H2O2 on effect of pH (4, 6, 8, 10, 12), temperature (25, 50, 70, 90oC), time (0,5, 3, 24, 100 hours); and then (2) treatment palm oil dregs with combination of chemical and cellulose enzim. The result show that NaOCl 0,12% - H2O2 1% and sulfuric acid 72% can be effective to degrade palm kernel meal to be glucose, fructose and other sugar compound. The effect of pH, temperature, and time on palm oil dregs treatment can produce the glucose and fructose compound. The highest glucose compound is reached at pH 6, 70oC and 100 hours about 9,86%, 8,24% and 12,49% respectively. Glucose concentration on combination treatment is approximately 25,42% twice higher that treatment of time and three times from pH 6 and 70oC.

(4)

RINGKASAN

Herry. Degradasi Ampas Perasan Kelapa Sawit Menggunakan Kombinasi Kimia dan Enzimatis. Dibimbing oleh ZAINAL ALIM MAS’UD dan KOMAR SUTRIAH.

Ampas perasan kelapa sawit merupakan hasil samping industri minyak kelapa sawit yang cukup melimpah keberadaannya di Indonesia. Ampas perasan kelapa sawit dapat digunakan sebagai sumber gula, sebuah alternatif sumber bahan baku pakan ikan lokal. Namun, nilai nutrisi dan kecernaannya yang rendah bila langsung digunakan sebagai bahan baku pakan ikan karena kandungan serat kasar yang tinggi merupakan faktor pembatas pemanfaatannya sebagai bahan baku pakan ikan yang tidak dapat memanfaatkan selulosa sebagai sumber energinya. Sebagian besar masalahnya adalah fungsi struktur lignoselulosa, yang terdiri dari selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Produk glukosa dapat dihasilkan dari degradasi selulosa selulosa, sedangkan produk gula berkarbon lima dapat dihasilkan dari hemiselulosa. Selulosa dan hemiselulosa pada lignoselulosa ampas perasan kelapa sawit tidak dapat dihidrolisis kecuali lignin yang berikatan pada lignoselulosa dihilangkan terlebih dahulu. Berdasarkan fakta tersebut perlu dilakukan usaha merekayasa ampas perasan kelapa sawit secara kimia dan enzimatis sehingga menghasilkan bahan baku pakan ikan yang nilai nutrisi dan kecernaannya tinggi.

Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh informasi ilmiah mengenai teknik degradasi ampas perasan kelapa sawit dengan menggunakan metode kombinasi kimia dan enzimatik. Sementara manfaat penelitian ini adalah untuk memberikan salah satu teknik pengolahan ampas perasan kelapa sawit sebagai bahan baku pakan ikan sehingga dapat meningkatkan nilai ekonomis ampas perasan kelapa sawit.

Metode degradasi ampas perasan kelapa sawit yang digunakan adalah metode kombinasi kimia dan enzimatik dengan menggunakan natrium hipoklorit-hidrogen peroksida untuk proses delignifikasi dan degradasi selulosa menjadi glukosa menggunakan hidrolisis asam sulfat dan enzima selulase. Penggunaan natrium hipoklorit dan hidrogen peroksida adalah karena sifat pengoksidasinya yang cukup kuat sehingga dapat menghilangkan lignin ada di dalam molekul lignoselulosa yang berikatan dengan selulosa atau hemiselulosa yang akan didegradasi oleh asam sulfat dan enzim selulase.

(5)

(6)

DEGRADASI AMPAS PERASAN KELAPA SAWIT

MENGGUNAKAN KOMBINASI KIMIA DAN

ENZIMATIS

HERRY

Tesis

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelas Magister Sains pada

Program Studi Kimia

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(7)

(8)

DEGRADASI AMPAS PERASAN KELAPA

SAWIT MENGGUNAKAN KOMBINASI KIMIA

DAN ENZIMATIS

HERRY

Tesis

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelas Magister Sains pada

Program Studi Kimia

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(9)

(10)

Judul Tesis : Degradasi Ampas Perasan Kelapa Sawit Menggunakan Kombinasi Kimia dan Enzimatis.

Nama : Herry

NIM : G452040011

Disetujui Komisi Pembimbing

Dr. Zainal Alim Mas’ud, DEA Drs. Komar Sutriah, M.S

Ketua Anggota

Diketahui

Ketua Program Studi Kimia Dekan Sekolah Pascasarjana

Prof. Dr. Ir. Latifah K. Darusman, M.S Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S

(11)

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2008 ini ialah degradasi ampas perasan kelapa sawit, dengan judul degradasi ampas perasan kelapa sawit menggunakan kombinasi kimia dan enzimatis.

Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Zainal Alim Mas’ud, DEA dan Bapak Drs. Komar Sutriah, M.S selaku pembimbing, serta Pak Muhammad Farid yang telah banyak memberikan saran. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Nurdiyan, Mas Khotib, Pak Farid, Mila, Ian, Ibu Eti Pak Wawan dan staf Laboratorium Terpadu serta pegawai Laboratorium Nutrisi Balai Besar Pengembangan Budidaya Air Tawar Sukabumi yang telah membantu selama pelaksanaan penelitian ini, serta M. Rafi, S.Si, M.Si atas nasehat dan luangan waktu dalam diskusi hasil penelitian. Ungkapan terima kasih dan doa juga disampaikan kepada istriku dan anakku tercinta, ayah, mama, bapak mertua, ibu mertua, dan mega serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.

Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Maret 2010

(12)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 5 Agustus 1977 sebagai anak kedua dari pasangan Budjang dan Wati. Pendidikan sarjana ditempuh di Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB, lulus tahun 2001. Pada tahun 2004, penulis diterima di Program Studi Kimia pada Sekolah Pascasarjana IPB. Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari Departemen Pendidikan Nasional Republik Indonesia.

(13)

DAFTAR TABEL………... xii

DAFTAR GAMBAR………... xiii

DAFTAR LAMPIRAN………... xiv

PENDAHULUAN

Latar Belakang………... Tujuan dan Manfaat Penelitian...………...……

1 2

TINJAUAN PUSTAKA

Ampas Perasan Kelapa Sawit Sebagai Biomassa Lignoselulosa... Selulosa.………….……... Hemiselulosa... Lignin ... Metode Perlakuan Untuk lignoselulosa ... Kombinasi Kimia dan Enzimatis ... Natrium Hipoklorit ... Hidrogen Peroksida ... Campuran Natrium Hipoklorit dan Hidrogen peroksida ... Degradasi Selulosa ... Hidrolisis Asam ... Hidrolisis Enzimatis ...

3

BAHAN DAN METODE

Waktu dan Tempat Penelitian... Bahan dan Alat ... Persiapan Ampas Perasan Kelapa Sawit ... Larutan NaOCl-H2O2 Induk ...

Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% untuk Perlakuan...

Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% dengan variasi pH dan H2SO4 72% ...

Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% dengan variasi Suhu dan H2SO4 72% ...

Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% dengan variasi waktu dan H2SO4 72% ...

Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada pH 7, suhu 70oC dan waktu 100 jam dan kombinasi

HASIL DAN PEMBAHASAN

Tahap Pertama : Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada variasi pH, Suhu, waktu dan

Hidrolisis H2SO4 72%…...

Tahap Kedua: Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada pH 6, Suhu 700C, waktu 100

jam dan Kombinasi Hidrolisis Enzim Selulase dan H2SO4 72%...

20

24

SIMPULAN DAN SARAN………... 27

DAFTAR PUSTAKA………... 28

(14)

DAFTAR TABEL

Halaman 1. Komposisi Bahan-Bahan Lignoselulosa…..……….... 4 2. Metode Treatmen Biomassa Lignoselulosa...………... 3. Waktu Retensi (tR) dari Ampas Perasan Kelapa Sawit Perlakuan NaOCl

0,12% dan H2O2 1% dengan variasi pH, Suhu dan Waktu...

4. Luas Peak dari Ampas Perasan Kelapa Sawit Perlakuan NaOCl

0,12% dan H2O2 1% dengan variasi pH, Suhu dan Waktu...

10

22

(15)

Halaman 1. Pengolahan buah sawit menghasilkan produk utama minyak sawit serta

produk samping ………...…………..… 2

2. Sruktur Sekunder Dingding Sel Selulosa, Hemiselulosa, dan Lignin dari Bahan Lignoselulosa... 4

3. Struktur Selulosa………….………...………. 5

4. Struktur Hemiselulosa ……...………. 6

5. Struktur Lignin...……….. 7

6. Aktifasi Hidrogen Peroksida... 12

7. Skema turunan senyawa oksigen reaktif dari NaOCl dan H2O2... 14

8. Diagram dari reaksi enzim selulase pada hidrolisis selulosa……... 16

9. Persen bobot ampas perasan kelapa sawit yang hilang pada Perlakuan NaOCl 0,12% dan H2O2 1% dengan variasi pH... 21

10. Persen bobot ampas perasan kelapa sawit yang hilang pada Perlakuan NaOCl 0,12% dan H2O2 1% dengan variasi suhu... 21

11. Persen bobot ampas perasan kelapa sawit yang hilang pada Perlakuan NaOCl 0,12% dan H2O2 1% dengan variasi waktu... 21

12. Kandungan glukosa hasil hidrolisis asam sulfat 72% pada ampas perasan kelapa sawit Perlakuan NaOCl 0,12% dan H2O2 1% dengan variasi pH, suhu dan waktu ... 21

13. Kandungan glukosa pada ampas perasan kelapa sawit Perlakuan kombinasi dibandingkan variasi pH, suhu dan waktu... 22

(16)

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman 1. Diagram alir penelitian tahap pertama ...…………... 32 2. Diagram alir penelitian tahap kedua ...………... 33 3. Perlakuan ampas perasan kelapa sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1%

pada variasi pH dan H2SO4 72% ...

34

4. Perlakuan ampas perasan kelapa sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1%

pada variasi Suhu dan H2SO4 72%...

35

pada Waktu variasi dan H2SO472% ...

36

Enzim Selulase dan H2SO4 72%...

37

7. Kadar ampas perasan kelapa sawit yang Hilang selama Perlakuan Larutan NaClO 0,12% - H2O2 ...

38

8. Luas Peak dan Waktu Retensi (tR) Standar Gula... 39 9. Luas Peak dan Waktu Retensi (tR) ampas perasan kelapa sawit Perlakuan ... 40 10.Kandungan Komposisi Glukosa dan Fruktosa pada Sampel ampas perasan

kelapa sawit Perlakuan... 41 11.Kromatogram Standar Gula Menggunakan KCKT... 42 12.Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh pH 4 pada analisa

Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT...

43

13.Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh pH 6 pada analisa Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT...

44

45

15.Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh pH 10 pada analisa Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT ...

46

47

17.Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh T25 oC pada analisa Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT...

48

49

50

51

21.Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh waktu 0,5 jam pada analisa Kandungan Gula Menggunakan KCKT...

52

22.Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh waktu 3 jam pada analisa Kandungan Gula Menggunakan KCKT... ...

53

23.Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh waktu 24 jam pada analisa Kandungan Gula Menggunakan KCKT... ...

(17)

25.Kromatogram Kombinasi Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1%, H2SO4 72% dan

(18)

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Ampas perasan kelapa sawit merupakan hasil samping industri minyak kelapa sawit yang cukup melimpah keberadaannya di Indonesia. Setiap tahun dihasilkan 5.394 metrik ton ampas perasan kelapa sawit (Hem, 2005). Ampas perasan kelapa sawit dapat digunakan sebagai sumber gula (karbohidrat), sebuah alternatif sumber bahan baku pakan ikan lokal. Namun, nilai nutrisi dan kecernaannya yang rendah bila langsung digunakan sebagai bahan baku pakan ikan karena kandungan serat kasar yang tinggi merupakan faktor pembatas pemanfaatannya sebagai bahan baku pakan ikan yang tidak dapat memanfaatkan selulosa sebagai sumber energinya.

Sebagian besar masalahnya adalah fungsi struktur lignoselulosa (Sun, 2002), yang terdiri dari selulosa (senyawa gula berkarbon enam), hemiselulosa (senyawa gula berkarbon lima), dan lignin (senyawa polifenol). Produk glukosa dapat dihasilkan dari degradasi selulosa selulosa, sedangkan produk gula berkarbon lima dapat dihasilkan dari hemiselulosa (Klass, 1998). Selulosa dan hemiselulosa pada lignoselulosa ampas perasan kelapa sawit tidak dapat dihidrolisis kecuali lignin yang berikatan pada lignoselulosa dihilangkan terlebih dahulu. Lignin secara kimia berikatan dengan komponen selulosa dan hemiselulosa dan secara fisik bertindak sebagai penghalang proses perombakan dinding sel oleh enzim (Pareek, 2000).

(19)

Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah memperoleh informasi ilmiah menyangkut teknik degradasi ampas perasan kelapa sawit dengan menggunakan metode kombinasi kimia dan enzimatik.

Manfaat Penelitian

(20)

Buah sawit segar

Palm oil extraction

factory

Crude palm oil (CPO)

Lumpur Palm Oil

Tandan Kosong, Cangkang Sawit

Ampas Perasan

Air pencuci

TINJAUAN PUSTAKA

Ampas Perasan Kelapa Sawit Sebagai Biomassa Lignoselulosa Pengolahan buah kelapa sawit menghasilkan produk utama minyak kelapa

sawit serta produk samping seperti tandan kelapa sawit (TKS), ampas perasan

kelapa sawit, dan lumpur kelapa sawit (Gambar 1). Setiap hektar tanaman kelapa

sawit dapat menghasilkan 4 ton minyak per tahun, yang diperoleh dari sekitar 16

ton tandan buah segar (TBS). Selanjutnya setiap ton TBS dapat menghasilkan 250

kg minyak kelapa sawit, 294 kg lumpur kelapa sawit, dan 180 kg ampas perasan

kelapa sawit. Jumlah ini setara dengan 1.223 kg lumpur kelapa sawit, 509 kg

BKS, dan 2.678 kg ampas perasan kelapa sawit, dan 3.386 kg TKS setiap hektar

setiap tahun. Dari angka ini maka perkebunan kelapa sawit Indonesia dapat

menghasilkan 2.463 metrik ton lumpur sawit, 5.394 metrik ton ampas perasan

kelapa sawit, dan 6.818 metrik ton TKS (Hem, 2005).

Gambar 1. Pengolahan buah sawit menghasilkan produk utama minyak sawit

(21)

Ampas perasan kelapa sawit merupakan biomassa lignoselulosa potensial

yang dapat dijadikan sumber bahan baku pakan ikan, tidak bersaing dengan

manusia, serta tersedia secara terus-menerus yang sampai saat ini belum

digunakan secara maksimal. Ampas perasan kelapa sawit mempunyai beberapa

keuntungan untuk produksi gula. Hal yang paling penting, tidak seperti jagung,

ampas perasan kelapa sawit dikumpulkan sebagai produksi samping, sehingga

tidak disyaratkan untuk pemisahan panen. Terlebih lagi, ampas perasan kelapa

sawit murah, tersedia banyak, dan mempunyai unsur karbon yang tinggi.

Degradasi lignoselulosa seperti ampas perasan kelapa sawit, relatif sulit

dilakukan karena komponennya merupakan struktur yang kompak dengan ikatan

intermolekul yang kuat. Ringkasan dari komposisi berbagai senyawa

lignoselulosa yang dapat diubah menjadi gula ditampilkan pada Tabel 1.

Dalam sel tanaman termasuk tanaman sawit, dinding sekundernya, terdiri

dari 3 lapisan (S1, S2, dan S3) yang dikelilingi oleh dinding utama yang tipis.

Dinding sekunder dikelilingi oleh lignin. Lapisan S1 dan S3 mengandung banyak

selulosa dan hemiselulosa. Lapisan S2 mengandung selulosa kristal. Bentuk

kristal terdiri dari ikatan hidrogen linier. Bentuk amorf terdapat pada diantara

bentuk kristal selulosa. Amorf selulosa, hemiselulosa, dan lignin terdapat diantara

lapisan (S1, S2, dan S3) (Fox, 1987). Gambar dinding sel dengan komponennya

ditampilkan pada Gambar 2.

Tabel 1. Komposisi Bahan – Bahan Lignoselulosa (Saha, 2003, Sun, 2002)

Bahan Lignoselulosa Komposisi (% bobot kering)

(22)

5

Gambar 2. Sruktur Sekunder Dinding Sel Selulosa, Hemiselulosa, dan Lignin dari Bahan Lignoselulosa. BKS, mempunyai komposisi 55% selulosa, 24-40% hemiselulosa, dan 18-25% lignin. Lapisan S1 dan S3 mempunyai selulosa amorf dan hemiselulosa. Lapisan S2 mempunyai daerah selulosa kristal (Fox, 1987)

Selulosa

Selulosa merupakan komponen utama penyusun dinding sel tanaman.

Kandungan selulosa pada dinding sel tanaman tingkat tinggi sekitar 35 – 50% dari

berat kering tanaman (Lynd dkk. 2002). Selulosa merupakan polimer glukosa

dengan ikatan β-1,4-glukosida dalam rantai lurus dengan ukuran molekul berkisar

antara 300.000 Dalton hingga 500.000 Dalton (Klass, 1998. Bertran, 1986).

Bangun dasar selulosa (Gambar 3) berupa suatu selobiosa yaitu dimer dari

glukosa. Rantai panjang selulosa terhubung secara bersama melalui ikatan

hidrogen dan gaya van der walls (Perez dkk. 2002).

Selulosa mengandung sekitar 50-90% bagian berkristal dan sisanya bagian

amorf. Ikatan β-1,4-glukosida pada serat selulosa dapat dipecah menjadi monomer

(23)

menghasilkan sejumlah oligosakarida, termasuk selubiosa, selutriosa, selutetrosa

(Sjostrom, 1981. Feller, 1986). Kesempurnaan pemecahaan selulosa pada saluran

pencernaan ternak tergantung pada ketersediaan enzim pemecahan selulosa yaitu

selulase.

Selulosa dapat digunakan sebagai bahan baku produksi gula (Bezerra,

2004). Selulosa merupakan senyawa poliglikan yang tidak larut air yang

terkandung sekitar setengah dari bobot tanaman (Klass, 1998). Kapas merupakan

sumber selulosa yang hampir seluruhnya selulosa murni sedangkan ampas perasan

kelapa sawit hanya mengandung 40-55% selulosa.

Gambar 3. Struktur Selulosa (Sjostrom, 1981)

Ikatan hidrogen intramolekuler terbentuk antara gugus hidroksil pada

rantai selulosa yang sama menyebabkan tingginya viskositas dan rigiditas polimer

selulosa. Gugus hidroksil pada akhir setiap rantai selulosa mempunyai sifat kimia

yang berbeda. Atom karbon pertama pada akhir rantai selulosa mengandung

gugus aldehid sedangkan atom karbon keempat adalah gugus hidroksil alkohol.

Setiap unit glukosa pada rantai selulosa mempunyai tiga gugus hidroksil yang

berinteraksi dengan rantai lainnya melalui ikatan valensi. Kekuatan ikatannya

adalah 25 kj/mol, hampir seratus kali lebih kuat daripada ikatan Van der Wall

(sekitar 0,15kj/mol), tetapi lebih rendah sepuluh kalinya dari ikatan kovalen O-H

(460 kj/mol) (Krassig, 1993). Interaksi gugus hidroksil intra dan inter merupakan

kekuatan yang utama pada struktur selulosa.

Hemiselulosa

Hemiselulosa terdapat dalam dinding sel dan berikatan dengan selulosa.

(24)

7

rendah. Jumlah hemiselulosa biasanya antara 15 sampai 30% dari berat kering

bahan lignoselulosa. Hemiselulosa relatif lebih mudah dihidrolisis dengan asam

menjadi monomer yang mengandung glukosa, mannosa, galaktosa, xilosa, dan

arabinosa. Hemiselulosa mengikat lembaran serat selulosa membentuk mikrofibril

yang meningkatkan stabilitas dinding sel. Hemiselulosa juga berikatan silang

dengan lignin membentuk jaringan kompleks dan memberikan struktur yang kuat.

Gambar 4. Struktur Hemiselulosa (Sjostrom, 1981)

Xilosa (gula C5) adalah komponen yang paling banyak dalam

hemiselulosa. Xilane mengandung unit D-xilosa dan terikat pada karbon nomor

satu dan nomor empat dari setiap residunya. Arabinosa adalah komponen

terbanyak lainnya dalam hemiselulosa. Komponen minor, termasuk manosa,

galaktosa, dan asam uronik terdapat juga didalamnya. Beberapa hemiselulosa

mengandung glukomanan dan galaktoglukomanan. Glukomanan mengandung

unit D-glukosa dan D-manosa dengan perbandingan 30:70. Galaktoglukomanan

mengandung unit D-galaktosa, D-glukosa, dan D-manosa dengan perbandingan

2:10:30 (Kiass, 1998. Saha, 2003. Paster, 2003). Ringkasan struktur hemiselulosa

(25)

Lignin

Lignin merupakan polimer dengan struktur aromatik yang terbentuk

melalui unit-unit penilpropan yang berhubungan secara bersama oleh beberapa

jenis ikatan berbeda (Klass, 1998, Pareek, 2000). Lignin sulit didegradasi karena

mempunyai struktur yang kompleks dan heterogen yang berikatan dengan selulosa

dan hemiselulosa dalam jaringan tanaman. Lebih dari 30% tanaman tersusun atas

lignin yang memberikan bentuk yang kokoh dan memberikan proteksi terhadap

serangga dan patogen. Disamping memberikan bentuk yang kokoh terhadap

tanaman, lignin juga membentuk ikatan yang kuat dengan polisakarida yang

melindungi polisakarida dari degradasi mikroba dan membentuk struktur

lignoselulosa.

Lignin terutama terkonsentrasi pada lamela tengah dan lapisan S2 dinding

sel yang terbentuk selama proses lignifikasi jaringan tanaman. Lignin tidak hanya

mengeraskan mikrofibril selulosa, juga berikatan secara fisik dan kimia dengan

hemiselulosa. Lignin terbentuk melalui polimerisasi tiga dimensi derivat dari

sinamil alkohol terutama p-kumaril, coniferil dan sinafil alkohol dengan bobot

molekul mencapai 11.000 (Gambar 5) (Gratzl, 2000. Campbell, 1996). Lignin

yang melindungi selulosa bersifat tahan terhadap hidrolisis karena adanya ikatan

arilalkil dan ikatan eter.

Pembentukan lignin terjadi secara intensif setelah proses penebalan

dinding sel terhenti. Pembentukan dimulai dari dinding primer dan dilanjutkan ke

dinding sekunder. Faktor lignin dalam membatasi fermeabilitas dinding sel

tanaman dapat dibedakan menjadi efek kimia dan efek fisik. Efek kimia, yaitu

hubungan lignin-karbohidrat dan asetilasi hemiselulosa. Lignin secara fisik

membungkus mikrofibril dalam suatu matriks hidrofobik dan terikat secara

kovalen dengan hemiselulosa. Hubungan lignin karbohidrat berperan dalam

mencegah hidrolisis selulosa.

Pada kayu keras, lignin mengandung banyak unit guaiasilpropan dan

siringilpropan dengan sedikit unit p-hidroksifenilpropan. Lignin mengandung unit

guaiasilpropan dengan unit p-hidroksifenilpropan pada kayu lunak (Baucher,

(26)

9

siringilpropan. Unit p-hidroksifenilpropan terdapat sebagai komponen minor

lignin pada tanaman rerumputan (Grabber, 2004).

Gambar 5. Struktur Lignin (Hammel, 1997)

Metode Perlakuan Untuk Lignoselulosa

Metode Perlakuan untuk lignoselulosa dirancang untuk dapat

meghilangkan lignin terlebih dahulu kemudian dilanjutkan proses hidrolisis asam

atau enzimatik (Wu, 1997). Selulosa berada secara alami sebagai matriks yang

kompak dan kompleks dengan lignin dan hemiselulosa (Cote, 1982). Selulosa

dikelilingi oleh lignin yang bertindak sebagai pelindung (Fox, 1987) dan

tergabung dengan hemiselulosa. Secara jelasnya reduksi selulosa dan

hemiselulosa dan hilangnya lignin merupakan tujuan penting dari berbagai proses

perlakuan (Wu, 1997). Menurut Tsao (1978), ikatan β-1.4 glukosidik dalam

selulosa lebih mudah terbuka daripada ikatan α-1.4-glukosidik pada kanji. Hal ini

jelas bahwa masalah utama hidrolisis selulosa dan hemiselulosa adalah struktur

(27)

Sejumlah metode perlakuan telah dikembangkan untuk mendegradasi

selulosa dan hemiselulosa, antara lain pulverisasi mekanis, pirolisis, asam, basa,

hidogen peroksida, autohidrolisis, eksplosi serat ammonia (AFEX), oksidasi

basah, kapur, eksplosi CO2, pelarut organik. Ringkasan metode perlakuan

ditampilkan pada Tabel 2. Setiap metode perlakuan memiliki kelebihan dan

kekurangan (Saha, 2003. Martin, 2002. Klass, 1998. Ramos, 1996).

Tabel 2. Metode Treatmen Biomassa Lignoselulosa (Saha, 2003. Sun, 2002)

Metode perlakuan kelebihan kekurangan

Fisik Pulverisasi-

mekanik

-memutuskan struktur

kristal selulosa

-meningkatkan luas

permukaan untuk hidrolisis selulosa

- biaya tinggi - tidak dapat

menghilangkan lignin

Fisik-kimia - Autohidrolisis

- AFEX

- Dapat

menghilangkan lignin

- menghasilkan produk samping asam alifatik, furaldehida, fenolik yang dapat menghambat degradasi selulosa oleh enzim

Kimia Ozonalisis Dapat menghilangkan

lignin secara cepat

- biaya tinggi

- butuh gas ozon yang banyak

Hidrolisis asam Dapat menghasilkan

gula dan

mendegradasi selulosa dan lignin

- biaya tinggi

Biologi Jamur Biaya rendah

Ramah lingkungan

Tidak dapat

mendegradasi lignin

Kombinasi Kimia dan Enzimatis

Perlakuan kimia bertujuan untuk menghasilkan radikal dengan elektron

tidak berpasangan yang mempunyai reaktifitas tinggi dan waktu paruh pendek.

Beberapa radikal cukup stabil dalam waktu yang lama. Kombinasi radikal dengan

molekul lain supaya tercapai stabilitas, menghasilkan penghilangan elektron.

Radikal seperti oksigen tunggal, superoksida, dan radikal hidroksil menyebabkan

kerusakan DNA, protein, dan lipid. Mereka juga dapat bereaksi dengan

(28)

11

digunakan untuk treatmen lignoselulosa ialah natrium hipoklorit dan hidrogen

peroksida yang dapat menghasilkan agen pengoksidasi (Chapman, 2003).

Natrium Hipoklorit

Natrium hipoklorit telah banyak digunakan untuk perlakuan air dan limbah

cair. Biasanya digunakan sebagai pencuci cairan atau cairan pencuci (Casson,

2003). Produksi natrium hipoklorit menggunakan klorin dengan causatic soda.

Reaksinya sebagai berikut:

2NaOH + Cl2 NaOC1 + NaC1 + H20 + panas

Kausatik soda (NaOH) digunakan sebagai penstabil (stabilizer). Kekuatan larutan

pencuci NaOH sering ditunjukkan sebagai “trade percent” atau “persen per

volum” terhadap ketersediaan kandungan klorin.

Secara komersial, natrium hipoklorit tersedia dalam konsentrasi 5-15%.

Padatan natrium klorida terbentuk jika kandungan konsentrasinya di atas 15%.

Stabilitas natrium hipoklorit sangat dipengaruhi oleh pH, panas, cahaya, dan

kation logam berat. Larutan hipoklorit paling stabil pada konsentrasi hipoklorida

10% pada pH 11, dengan logam Fe, Cu, atau Ni dengan konsentrasi 0,5 mg/L dan

harus disimpan di tempat gelap pada suhu 21oC. Jika pH kurang dari 11, biasanya

akan mengalami dekomposisi dengan cepat (Casson, 2003. White 1999). Pada

temperatur tinggi, hipoklorit dapat mendekomposisi membentuk ion klorida

(Gordon, 1997).

Reaksinya ditunjukkan sebagai berikut (Gordon, 1997):

NaOCl + H20 HOC1 + Na+(OH-)

HOC1 H+ + OCl-

OCl- + OCl- ClO2- + Cl- (lambat)

OCl- + ClO2- ClO3- + Cl- (cepat)

Di bawah pH 11, kecepatan rata-rata pembentukan ClO3- dari hipoklorida akan

meningkat, dan pada pH tersebut larutan OCl- menurun dengan berjalannya

waktu, dikarenakan oleh reaksi pembentukan asam (H+):

2HOC1 + OCl- ClO3- + 2H+ + 2Cl

-Penurunan kecepatan pembentukan ClO3- dipengaruhi oleh pH di atas 11 (Gordon,

(29)

b

aseptik dan

untuk treatm

kondisi bas

kekurangan

perhidroksil

asil yang ke

asam kuat, h

hidrogen sep

Hidrogen pe

(Fiorenza, 1

ogen perok

n dapat dic

eroksida bia

proses pack

men lignosel

an oksidatif

eroksida. Hi

an alkena. U

sidan turuna

eroksida ter

sa (Jones,

elektron

diubah men

ekurangan e

hidrogen per

Untuk dapat

an dari hidro

rdiri dari hi

1999). Anio

6. Aktifasi H

ogen Perok akan larutan

gan pelarut

an untuk ste

n, 1994). Hi

agai agen ok

i. Hidrogen

oksida dapat

digunakan,

ogen peroks

idrogen dan

on perhidro

efin dan a

an kuat den

u nitrit (Per

bah ke dalam

ah ini (Jones

H302

mi dekompos

Hidrogen Pero sida

n yang tidak

organik da

erilisasi dan

idrogen pero

ksidasi, hidr

peroksida da

mengoksida

, hidrogen p

sida dapat d

n ion perhid

oksil dapat

aldehida. K

gan cara me

rez-Benito,

m bentuk eku

s, 1999).

sisi oleh cah

oksida (Jone

k berwarna

an air (Jon

zat disinfek

oksida juga

rogen perok

apat dihasilk

asi olefin, h

peroksida m

dilihat pada

droksil (HO

haya, logam,

es, 1999)

dan tidak

nes, 1999).

ktan dalam

digunakan

ksida dapat

kan dengan

hidrokarbon

an senyawa

am kondisi

yaitu kation

(30)

13

Campuran Natrium hipoklorit dan Hidrogen Peroksida

Oksigen tunggal, superoksida, dan radikal hidroksil adalah produk penting

dalam reaksi antara natrium hipoklorit dan hidrogen peroksida. Mereka ikut serta

dan dapat bereaksi dengan molekul organik seperti karbohidrat, protein, lipid dan

asam nukleat serta mengubah struktur kimia dan sifatnya (Gierer, 1996). Suatu

kompleks stabil antara natrium hipoklorit dan H2O2 terbentuk jika direaksikan

dengan konsentrasi yang tepat.

Oksigen tunggal telah diteliti oleh Khan dan Kasha pada tahun 1963 ketika

pengukuran spektrum merah chemiluminescence dari reaksi hidrogen peroksida

dan natrium hipoklorit dalam larutan air (Khan, 1991.). Ion Hipoklorit (OCl-)

bereaksi dengan hidrogen peroksida dan menghasilkan oksigen tunggal. Reaksi

tersebut sebagai berikut:

H2O2 + OCl- 1O2 + H2O + Cl-

Superoksida dan radikal hidroksil merupakan intermedit penting antara

oksigen dan hidrogen peroksida. Superoksida dan radikal hidroksil dapat berperan

dalam degradasi oksidatif pada lignin dan karbohidrat (Gierer, 1996). Gambar 8

menunjukkan spesies oksigen dapat digenerasi dari reaksi natrium hipoklorit

dengan oksigen peroksida. Selektifitas superoksida yaitu dengan penambahan

radikal ke substrat yang meyebabkan pemutusan rantai karbon-karbon,

pembukaan cincin aromatik, dan pemutusan rantai samping alifatik. Disamping

itu, radikal hidroksil bereaksi sangat cepat dan menyerang molekul substrat secara

langsung menyebabkan pembukaan atau pemutusan struktur aromatik dan alifatik

(Gierer, 1996). Radikal hidroksil merupakan derivat utama dari asam hipoklor

(31)

Gambar 7. Skema turunan senyawa oksigen reaktif dari NaOCl dan H2O2

(Gordon, 1997. White, 1999).

(I) HClO terdekomposisi menjadi radikal hidroksil (OH-) dan radikal klorin (·Cl). (II) H2O2 terdekomposisi menjadi OH·+·OH.

(III) Turunan radikal superoksida (02

-) beraksi pada H2O2 dan OH

(IV) HClO mengekstrak ion hidrogen dari H2O2 dan kemudian radikal hidroperoksil (HOO-_{) dan O}

2- diturunkan.

(V) Ekstrak OCl- terdiri dari oksigen tunggal (O2) dari H2O2

Degradasi Selulosa

Degradasi selulosa menjadi gula merupakan tahap penting pada produksi

bahan baku pakan dari ampas perasan kelapa sawit. Di alam (Garves, 1996),

Jamur basidiomicetes dapat melakukan depolimerisasi struktur selulosa kayu

tanpa membuang bagian ligninnya. Metode asam atau hidrolisis enzim biasanya

digunakan untuk hidrolisis selulosa pada proses industri. Hidrolisis asam lebih

cepat reaksinya dan lebih efektif daripada hidrolisis enzim. Bagaimanapun, asam

mendekomposisi selulosa dan menghasilkan produk degradasi. Sedangkan enzim

hidrolisis menghasilkan produk samping lebih sedikit (Martin, 2002. Camacho,

(32)

15

Hidrolisis Asam

Selulosa dapat didegradasi menjadi gula oleh asam. Molekul selulosa

mempunyai karakteristik ikatan β-1,4-glukosida antara unit monomer glukosa.

Ada tiga gugus hidroksil reaktif pada masing-masing unit monomer glukosa.

Asam dapat menyerang ikatan β-1,4-glukosida pada degradasi selulosa. Proses

reaksinya tiga tahap. Pertama, Kecepatan protonasi pada atom oksigen glukosida,

kedua, perpindahan muatan positif ke satu atom karbon menghasilkan kation

karbonium siklik pada ikatan glukosida, dan ketiga, penambahan molekul air pada

ion karbonium (Kraaig, 1993). Asam dapat mendegradasi selulosa menjadi gula,

namun rendemennya sedikit karena larutan asam bersifat tidak netral pada daerah

kristalis selulosa. Kekuatan asam dapat mengurangi daerah kristal dan

mendegradasi glukosa (Klass, 1998).

Hidrolisis Enzimatik

Enzim selulase biasa digunakan untuk menghasilkan gula dari selulosa,

dengan sedikit pembentukan produk samping. Enzim selulase dihasilkan oleh

sebagian besar bakteri dan jamur. Jamur genus trichorderma yang paling banyak

menghasilkan enzim selulale aktif. Mereka menghasilkan tiga selulase:

endo-glukanase, exo-endo-glukanase, dan β-glukosidase. Endo-glukanase menyerang

struktur internal selulosa. Pembukaan ikatan β-1,4-glukosidik pada struktur

selulosa pada posisi acak untuk menghasilkan fragmen rantai oligomerik.

Exo-glukanase menyerang lokasi spesifik pada non-reducing ends dalam struktur

selulosa. Produk utamanya ialah unit selubiosa atau glukosa. β-glukosidase

mengubah selubiosa menjadi glukosa (Krassig, 1993. Klass, 1998). Reaksi

tersebut ditunjukkan pada Gambar 8.

Trichoderma reesei menghasilkan 2 exo-glucanase, 5 endo-glucanase,

seperti xylanase, β-glucosidase, β-xylosidase dan galaktomannase yang dapat

(33)

Gambar 8. Diagram dari reaksi enzim selulase pada hidrolisis selulosa (Krassig,

(34)

BAHAN DAN METODE

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan antara bulan Maret 2008-Februari 2009 di Laboratorium Uji Balai Besar Pengembangan Budidaya Air Tawar dan Laboratorium Terpadu IPB.

Alat dan Bahan

Alat yang digunakan yaitu mesin penepung, saringan 200 mess, satu set waterbath yang dilengkapi pengatur suhu, termometer, pH meter, pengaduk magnetik, neraca analitik, oven, soxlet, KCKT dan peralatan gelas Bahan yang digunakan yaitu ampas perasan kelapa sawit, H2SO4 1,25%, NaOH 3,5%, NaOCl 6%, H2O2 50%, aquades, heksana, metanol, asetonitril, dan jamur Trichoderma

viride

Diagram alir penelitian ditunjukkan pada Lampiran 1 sampai 6. Persiapan Ampas Perasan Kelapa Sawit

Ampas perasan kelapa sawit berasal dari perkebunan kelapa sawit di lampung. Sebelum digunakan Ampas perasan kelapa sawit dihaluskan menggunakan mesin penepung (discmill) dan dibebaskan lemaknya dengan cara mengaduk, mengenap tuangkan contoh dalam pelarut organik sebanyak tiga kali dan sampel dikeringkan. Ampas perasan kelapa sawit yang sudah bebas lemak kemudian dihilangkan proteinnya dengan cara melarutkan dengan H2SO4 1,25 %, dan NaOH 3,5% dan dikeringkan sampai bobot konstan. Ampas perasan kelapa sawit ini digunakan untuk seluruh Ampas perasan kelapa sawit penelitian.

Larutan NaOCl-H2O2 Induk

Larutan NaOCl-H2O2induk dibuat dari kombinasi NaOC1 6% dan H2O2 50% dengan perbandingan 10:1. Larutan NaOCl 6% - H2O2 50% dibuat segar sebelum eksperimen dilakukan.

Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% untuk Perlakuan.

(35)

Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada variasi pH dan H2SO4 72%.

2,5 gram ampas perasan kelapa sawit disuspensikan ke dalam 100 ml larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1%. Larutan suspensi digoyang secara kontinyu selama 30 menit pada suhu ruang dan pH dijaga pada nilai (4, 6, 8, 10, dan 12) dengan penambahan larutan HCl atau NaOH menggunakan pH meter kemudian disaring dengan kertas saring, endapan dicuci dengan 100 ml air destilata, lalu dijenuhkan selama satu jam dalam 0,6% NaOH, pada suhu 25oC, disaring dan dicuci dengan 100 ml air destilata. Endapan kemudian ditimbang dan dilanjutkan ke tahap hidrolisis dengan cara ditambahkan H2SO4 (72%) dengan perbandingan 10 bagian H2SO4 (72%) : 1 bagian endapan dan diaduk pada suhu ruang selama 1 jam, kemudian tambahkan 50 ml air destilata dan diinkubasi pada suhu 120oC didalam oven selama 1 jam. Kemudian didinginkan pada suhu ruang kemudian ditera, lalu dipisahkan antara fraksi cairan dan padatan dengan kertas saring. Fraksi cairan ditentukan kandungan gula mengunakan KCKT.

Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada variasi Suhu dan H2SO4 72%.

(36)

19

Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada variasi waktu dan H2SO4 72%.

2,5 gram ampas perasan kelapa sawit diperlakukan dengan 100 ml larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% selama 0,5; 3; 24; dan 100 jam pada suhu 25oC. Seperti perlakuan sebelumnya, endapan dipisahkan, dicuci dengan 100ml air destilata. Endapan kemudian ditimbang dan dilanjutkan ke tahap hidrolisis dengan cara ditambahkan H2SO4 (72%) dengan perbandingan 10 bagian H2SO4 (72%) : 1 bagian endapan dan diaduk pada suhu ruang selama 1 jam, kemudian tambahkan 50 ml air destilata dan diinkubasi pada suhu 120oC didalam oven selama 1 jam. Kemudian didinginkan pada suhu ruang kemudian ditera, lalu dipisahkan antara fraksi cairan dan padatan dengan kertas saring. Fraksi cairan ditentukan kandungan gula mengunakan KCKT.

Perlakuan Kombinasi Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% Enzim Selulase dan H2SO4 72%.

Kondisi ini dilakukan berdasarkan hasil analisa komposisi kandungan glukosa tertinggi dari masing-masing perlakuan pH, suhu, dan waktu. Sebanyak 2,5 gram ampas perasan kelapa sawit diperlakukan dengan larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1%. Seperti sebelumnya, setelah perlakuan, endapan dipisahkan, dicuci, dengan 100 ml air destilata. Endapan kemudian dilanjutkan untuk pengujian dengan enzime selulase.

(37)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Degradasi ampas perasan kelapa sawit diawali melalui proses perlakuan

mekanis berupa penepungan dan penyaringan yang bertujuan untuk memutuskan

bentuk kristal dari lignoselulosa ampas kelapa sawit dan untuk menghasilkan luas

permukaan yang banyak agar lignoselulosa tersebut dapat bereaksi dengan pelarut

yang digunakan.

Perlakuan deffating dengan pelarut organik seperti heksana dan

deproteinasi dengan mengggunakan asam sulfat 1,25% dan natrium hidroksida

3,5% bertujuan untuk menghilangkan lipid dan protein yang dapat mengganggu

proses hidrolisis selulosa pada ampas perasan kelapa sawit.

Tahap Pertama: Perlakuan ampas perasan kelapa sawit dengan larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada variasi pH, Suhu, Waktu dan hidrolisis

H2SO4 72%

Perlakuan ini dilakukan setelah ampas perasan kelapa sawit dilakukan

deffating dan deproteinasi. Dimana ampas perasan kelapa sawit dilarutkan terlebih

dahulu dengan NaOCl 0,12% dan H2O2 1% dengan variasi pH (4, 6, 8, 10, 12),

suhu (250C, 500C, 700C, 900C) dan waktu (0,5; 3; 24; 100 jam). Setelah itu

dilakukan hidrolisis dengan asam sulfat 72%.

Penggunaan NaOCl 0,12% dan H2O2 1% untuk menghilangkan kandungan

lignin yang terdapat di dalam lignoselulosa ampas perasan kelapa sawit, dimana

reaksitivitasnya sangat dipengaruhi oleh pH, suhu dan waktu perlakuan. Larutan

NaOCl 0,12% dan H2O2 1% merupakan zat pengoksidator yang dapat

menghasilkan radikal hidroksil, superoksida dan oksigen tunggal yang dapat

bereaksi dengan lignoselulosa serta dapat mengubah struktur kimia dan sifatnya

(Gierer, 1996).

Dari hasil penelitian ini didapat bobot ampas perasan kelapa sawit yang

hilang selama perlakuan larutan NaOCl 0,12% dan H2O2 1% dengan variasi pH

(Gambar 9 dan lampiran 7), variasi suhu (Gambar 10 dan lampiran 7), variasi

waktu (gambar 11 dan Lampiran 7). Persen bobot yang hilang ini menggambarkan

(38)

G

t Ampas Per

2 1% dengan n variasi pH

as Perasan 1% dengan v

pH 8

C 70 o

m 24 ja

a Sawit yang

kelapa Saw

g hilang pada

wit yang hi

wit yang hi u

pH 12

oC

jam

21

a perlakuan

ilang pada

(39)

Ampas perasan kelapa sawit yang telah diperlakukan dengan larutan NaOCl

0,12% - H2O2 1% kemudian dihidrolisis dengan asam sulfat 72% agar didapat

produk glukosa yang diinginkan. Hasil hidrolisis dianalisa dengan menggunakan

kromatografi cair kinerja tinggi (KCKT).

Hasil analisa KCKT berupa kromatogramnya ditampilkan pada Lampiran

12 sampai 25. Ampas perrasan kelapa sawit perlakuan pH, suhu dan waktu

memiliki pola kromatogram yang hampir sama, hal ini ditunjukkan dari

puncak-puncak yang dihasilkan memilki waktu retensi (tR) yang sama (Tabel 3).

Tabel 3. Waktu Retensi (tR) dari ampas perasan kelapa sawit perlakuan

NaOCl 0,12% dan H2O2 1% dengan variasi pH, Suhu, dan Waktu

No Perlakuan tR (menit)

Unknown 1 Glukosa Unknown 1 Fruktosa

1 pH 4 9,2 13,1 14,7

Puncak pertama terdeteksi pada waktu retensi sembilan menit dengan area

dari 2,4 107 sampai 3,5 107 (Tabel 4). Puncak pertama ini tidak dapat diketahui

dikarenakan tidak sesuai dengan standar monosakarida yang ada, kemungkin

puncak pertama ini masih berupa oligosakarida. Puncak kedua terdeteksi pada

waktu 13 menit yang terdeteksi sebagai puncak glukosa dengan area dari 3,7 104

sampai 2,1 104 dengan nilai konsentrasi glukosa dari 6,80% sampai 12,49%

ditampilkan pada Gambar 12. Puncak ketiga terdeteksi pada waktu retensi 14,7

menit dengan area dari 9,3 104 sampai 2,1 105. Puncak ketiga ini tidak dapat

diidentifikasi waktu retensinya tidak sama dengan standar monosakarida yang

(40)

p

Tabel 4. Lua H2O

suhu dan wa 0

ngan nilai ko

liki oleh pH

ng teridentif

merisasi dari g

as Peak dari

apa sawit pe

aktu

03 sampai 9

onsentrasi d

8, 10, 12,

fikasi pada a

glukosa pada

ampas peras n variasi pH

Unknown 1

n Glukosa h

erlakuan Na

9,2 103, yan

ari 0,54% sa

suhu 250C,

ampas kelap

a waktu hidr

san kelapa s H, Suhu, dan

waktu 3 jam

pa sawit ini

rolisis oleh a

awit perlaku

isis asam su

dan H2O2 1

fikasi sebaga

%. Puncak k

m dan 24 ja

dimungkink

asam sulfat 7

uan NaOCl 0

wn 1 Fruk

ai senyawa

keempat ini

am. Produk

kan karena

72%.

(41)

Dari hasil hidrolisis asam sulfat 72% pada ampas perasan kelapa sawit

didapat kandungan glukosa yang bervariasi. Hal ini menunjukkan bahwa selulosa

dapat didegradasi oleh asam sulfat 72%. Ion H+ dari asam sulfat dapat menyerang

ikatan β-1,4-glukosida antara unit monomer glukosa pada degradasi selulosa.

Proses reaksinya tiga tahap. Pertama, Kecepatan protonasi pada atom oksigen

glukosida, kedua, perpindahan muatan positif ke satu atom karbon menghasilkan

kation karbonium siklik pada ikatan glukosida, dan ketiga, penambahan molekul

air pada ion karbonium (Kraaig, 1993). Asam dapat mendegradasi selulosa

menjadi gula, namun rendemennya sedikit karena larutan asam bersifat tidak

netral pada daerah kristalis selulosa. Kekuatan asam dapat mengurangi daerah

kristal dan mendegradasi glukosa (Klass, 1998). Nilai glukosa tertinggi hanya

dimiliki oleh pH 6, suhu 700C dan waktu 100 jam sebesar 9,86%, 8,24% dan

12,49%.

Tahap Kedua: Perlakuan ampas perasan kelapa sawit dengan larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada pH 6, Suhu 700C , Waktu 100 jam dan

kombinasi hidrolisis enzim selulase dan H2SO4 72%

Perlakuan ini dilakukan berdasarkan hasil dari penelitian tahap pertama,

dimana kandungan glukosa tertinggi dimiliki oleh pH 6, suhu 70 dan waktu 100

jam dengan nilai konsentrasi berturut-turut sebesar 9,86%, 8,24% dan 12,49%.

Nilai kandungan glukosa yang didapat dari degradasi selulosa tersebut masih

dibawah kandungan selulosa yang dimiliki oleh ampas perasan kelapa sawit

sebesar 40-55%. Perlakuan tahap kedua ini menggabungkan hidrolisis enzimatis

seelulase yang kemudian akan dilanjutkan dengan hidrolisis asam sulfat 72%,

diharapkan dapat meningkatkan degradasi selulosa menjadi glukosa.

Perlakuan kedua dilakukan setelah ampas perasan kelapa sawit dilakukan

deffating dan deproteinasi. Dimana ampas perasan kelapa sawit dilarutkan terlebih

dahulu dengan NaOCl 0,12% dan H2O2 1% dengan variasi pH 6, suhu 700C dan

waktu 100 jam. setelah itu dilakukan hidrolisis dengan enzim selulase dan asam

(42)

2

dua kali lebi

Gambar 13.

kombinasi 0.0

ih tinggi dari

Kandungan

ombinasi dib

sentrasi glu

an oleh deg

n hidrolisis

matogram ya

itian tahap k

asi ini 3 kali

i perlakuan w

Glukosa pa

bandingkan d

ukosa yang

gradasi dua

s asam sulfa

ang terbentuk

am KCKT am T‐70

kedua ini di

lebih tinggi

waktu (Gam

da ampas pe

dengan varia

i dari perlaku

mbar 13).

erasan kelapa

asi pH, suhu

pada pen

g dilakukan

al tersebut ju

14).

an kelapa saw

0jam kom

entrasi gluko

uan pH dan

a sawit deng

u, waktu

nelitian tah

oleh hidrol

uga dapat d

wit dengan p binasi

25

osa sebesar

suhu, serta

gan

hap kedua

lisis enzim

dilihat dari

(43)

Puncak pertama yang terdeteksi pada waktu retensi sembilan menit lebih

bersifat ramping bila dibandingkan dengan kromatogram penelitian tahap pertama

(Lampiran 12 sampai dari Lampiran 24), hal ini menunjukkan telah terjadinya

dergradasi pada oligosakarida yang terdapat pada punyak pertama tersebut

menjadi glukosa atau monosakarida lainnya. Puncak kedua dan keempat yang

teridentifikasi sebagai glukosa dan fruktosa memiliki area yang lebih besar bila

(44)

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% dan asam sulfat 72% dapat digunakan untuk degradasi ampas perasan kelapa sawit menjadi glukosa, fruktosa dan senyawa gula lainnya.

Perlakuan Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% dengan variasi pH, suhu dan waktu pada pelakuan ampas perasan kelapa sawit menunjukkan adanya pengaruh terhadap kandungan glukosa yang dihasilkan.

Kandungan glukosa tertinggi penelitian tahap pertama didapat pada perlakuan larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% dengan pH 6, suhu 70oC, waktu 100 jam dan asam sulfat 72% dengan nilai berturut-turut 9,86%, 8,24% dan 12,49%. Konsentrasi glukosa pada perlakuan kombinasi (penelitian tahap kedua) didapat hasil sebesar 25,42% lebih tinggi dua kali dari perlakuan larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% variasi waktu dan tiga kali dari perlakuan larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% variasi pH dan suhu.

Saran

(45)

Bäckvall, J.E. 2004. Modem Oxidation method. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. 2-47.

Baucher, M., Monties, B., Van Montagu, M., and Boerijan, W. 1998. Biosynthesis and genetic engineering of lignin. Crit. Rev. Plant. Sci. 17:125-197.

Bertran, M.S., and Dale, B. E. 1986. Determination of cellulose accessibility by differential scanning calorimetry. J. Appl. Polym. Sci. 32:4241-4253.

Bezerra, R.M., and Dias, A.A. 2004. Discrimination among eight modified Michaelis-Mehten kinetics models of cellulose hydrolysis with a large range of substrate/enzyme ratios. Apple. Biochem. Biotech. 112:173-184.

Camacho, F., González-Tello, P., Jurado, E., and Robles, A. 1996. Microcrystalline-cellulose hydrolysis with concentrated sulphuric acid. J. Chem. Tech. Biotechnol. 67:350

Campbell, M., and Sederoff, R. 1996. Variation in lignin content and composition.Mechanisms of control and implications for the genetic improvement of plants. Plant. Physiol.110:3-13. 59

Casson, L.,W. and Bess,J.W.2003.Conversion to on-site sodium hypochlorite genergation:water and wastewater application. Lewis Publichers, Boca Raton. FL.

Chapman, J.S.2003. Biocide resistance mechanisms. Biodeter. Biodegr. 5 1:133

Christophersen, A. G., Jun, H., Jorgensen, K., and Skibsted, L. H. 1991. Photobleaching of astaxanthin and canthaxanthin: quantum-yields dependence of solvent, temperature, and wavelength of irradiation in relation to packaging and storage of carotenoid pigmented salmonoids. Z Lebensm. Unters. Forsch., 192:433-439.

Côté, W. 1982. Biomass utilization. Serier A: Life Sciences Vol. 67. Plenum press. New York.

Feller, R. L., Lee, S. B., and Bogaard, J. 1986. The kinetic of cellulose deterioration. Advances in Chemistry, ACS series 2 12:329-347.

(46)

29

Fox, D., Gray, P., Dunn, N., and Marsden, W. 1987. Factors affecting the enzymic susceptibility of alkali and acid pretreated sugarcane bagasse. J. Chem. Tech. Biotechnol. 40: 60 117-132.

Garves, K. 1996. Temperature, salt, and acidity effects on the hydrolysis of cellulose dissolved in concentrated acids. Cell. Chem. Technol. 30:3-12.

Gierer, J. 1996. The interplay between oxygen-derived radical species in the delignification during oxygen and hydrogen peroxide bleaching (Chapeter 21). American chemical Society in New Orleans(2000). 422-446.

Gordon, G, Adam, C. L., Bubnis, B., Kuo, C., Cushing, R., and Sakaji, R. 1997. Predicting liquid bleach decomposition. J. Am. Water. Works. Ass. 89(4):142-149.

Grabber, H. J., Ralph, J., Lapierre, C., and Barrière, Y. 2004. Genetic and molecular basis of grass cell-wall degradability. I. Lignin-cell wall matrix interactions. C. R. Biologies. 327: 455-465.

Gratzl, J., and Chen, C. L. 2000. Chapter 20 : Chemistry of pulping: Lignin reactions. American Chemical Society. 392-421.

Hem, Saurin. 2005. Conversion of Agro-Industrial Waste and by Products for Aquaculture. IRD LaboGamet 911, av. Agropolis, BP 64501 34394 – Montpellier (France).

Hu, Q. T. 2002. Chemical modification, properties, and usage of lignin. Kiuwer academic/Plenum publishers, New York. 4 1-100.

Jones, C.W., and Clark, J.H. 1999. Applications of hydrogen peroxide and derivatives. Royal society of chemistry. Ch2:37-77.

Khan, A.U. 1991. The discovery of the chemical evolution of singlet oxygen. Some current chemical, photochemical, and biological applications. mt. J. Quantium. Chem. 39:25 1-267.

Klass,L.D. 1998. Biomass for renewable energy, fuels, and chemicals. Academic Press, San Diego, California.

Krassig, H.A. 1993. Cellulose: Structure, accessibility, and reactivity. Gordon and Breach Science Publishers S.A. 6-13, 187-205.

(47)

Pareek, S., Azuma, J., Shimizu, Y., and Matsui, S. 2000. Hydrolysis of newspaper polysaccharides under sulfate reducing and methane producing conditions. Biodegradation.11:229-237.

Paster, M. 2003. Industrial bioproduct: Today and tomorrow. U.S. Department of Energy, Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, Office of the Biomass Program. Washington, D.C.

Perez-Benito, J. 2001. Cooper(II)-catalyzed decomposition of hydrogen peroxide: catalyst activation by halide ions. Monatshefte Fuir Chemie. 132:1477-1492.

Ramos, D.F.,and Fontana. J. 1996. Pretreatment of sugarcane bagasse for enhanced ruminal digestion. Appl. Biochem. Biotech. 57:171-182.

Saha, B. 2003. Hemicellulose bioconversion. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 30:279-291.

Shin, S., Calvisi, E., Beaman, T., Pankratz, S., Gerhardt, P., and Marquis, R.1994. Microscopic and thermal characterization of hydrogen peroxide killing and lysis of spores and protection by transition metal ions, chelators, and antioxidants. Appl. Environ. Microbiol.60: 3192-3197

Sjostrom, E. 1981. Wood chemistry: Fundamental and application. Academic Press, New York.

Sun, Y., Cheng, J. 2002. Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production: a review. Bioresource. Technol. 83:1-11.

Sudaryanto, B., M.Winugroho, A. Djajanegara dan A.R.A. Karto. 1999. Potensi dan Kualitas Biomassa Kebun Kelapa Sawit Untuk Pakan Ternak Ruminansia. Laporan Penelitian Integrasi Usaha Ternak Sapi dengan Perkebunan Kelapa Sawit. Balai Penelitian Ternak Ciawi ,Bogor.

Tsao, G, Ladisch, M., Ladisch, C., Hsu, T., Dale, B., and Chou, T. 1978, Chapter 1. Fermentation substrates from cellulosic materials: production of fermentable sugars from cellulosic materials: Annual reports on fermentation processes, vol 2. Academic Press, New York, NY.

White, C. 1999. Handbook of Chlorination and Alternatives Disinfectants (4th Ed.). John Wiley and Sons, Inc., New York, NY. Wright, J.D. 1998. Ethanol form biomass by enzymatic hydrolysis. Chem. Eng. Prog. 84(8):62-74.

(48)

(49)

Lampiran 1. Diagram Alir Penelitian Tahap Pertama

Ampas Perasan Kelapa Sawit

Dihaluskan dan disaring dengan ukuran 200 mess

- Defatting dengan pelarut heksana

- Deproteinasi dengan H2SO4 1,25% dan NaOH 3,5%

Delignifikasi : NaOCl 0,12% - H2O2

1% dengan Variasi pH 4; 6; 8; 10; 12

Degradasi Selulosa dan Hemiselulosa dengan H2SO4 72%

Analsisa Kandungan Gula dengan KCKT Delignifikasi : NaOCl

0,12% - H2O2 1%

variasi Suhu 25; 50; 70; 90 0C

Delignifikasi : NaOCl 0,12% - H2O2 1%

(50)

33

Lampiran 2. Diagram Alir Penelitian Tahap Kedua

Dihaluskan, disaring, Defatting, Deproteinasi

Didegradasi Selulosa dan Hemiselulosa Secara kombinasi Kimia dan Enzimatis

Analsisa Kandungan Gula dengan KCKT Delignifikasi : NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada Kondisi pH, Suhu,

(51)

Lampiran 3. Perlakuan ampas perasan kelapa sawit dengan larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada variasi pH dan H2SO4 72%.

2,5 g ampas perasan kelapa sawit

- disuspensikan 100 ml NaOCl 0,12% - H2O2 1%

pH 4 pH 6 pH 8 pH 10 pH 12

+ HCl atau NaOH

- distirer selama 30 menit - disaring

- dicuci dengan 100 ml air

- dijenuhkan dengan NaOH 0,6%, 1 jam, 25oC - disaring

- dicuci dgn 100 ml air

Endapan

+ H2SO4 72% dengan perbandingan 1:10

- distirer selama 1 jam + 50 ml air

- inkubasi 120oC selama 1 jam - didinginkan, ditera

- disaring

ditimbang

Cairan

(52)

35

Lampiran 4. Perlakuan ampas perasan kelapa sawit dengan larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada variasi Suhu dan H2SO4 72%.

25oC 50oC 70oC 90oC

Endapan

-disaring

ditimbang

Cairan

(53)

Lampiran 5. Perlakuan ampas perasan kelapa sawit dengan larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada variasi waktu dan H2SO4 72%.

0,5 jam 3 jam 24 jam 100 jam

Endapan

-disaring

ditimbang

Cairan

(54)

37

Lampiran 6. Perlakuan kombinasi ampas perasan kelapa sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% Enzim Selulase dan H2SO4 72%.

- diatur pada pH, suhu, waktu yg menghasilkan glukosa tertinggi

Endapan

+ jamur trichoderma viride

- inkubasi 37oC selama 37 jam sambil dirotasi + H2SO4 72% dengan perbandingan 1:10 - distirer selama 1 jam

+ 50 ml air,inkubasi 120oC selama 1 jam - didinginkan, ditera, disaring

ditimbang

Cairan

(55)

Lampiran 7. Kadar ampas perasan kelapa sawit yang hilang selama perlakuan NaOCl-H2O2

% BKS setelah perlakuan % BKS yang hilang setelah perlakuan

pH

pH 4 75% 25%

pH 6 74% 26%

pH 8 81% 19%

pH 10 78% 22%

pH 12 80% 20%

SUHU

Suhu 25 oC 87% 9%

Suhu 50 oC 92% 8%

Suhu 70 oC 87% 13%

Suhu 90 oC 91% 13%

WAKTU

0,5 jam 88% 12%

3 jam 85% 15%

24 jam 89% 11%

100 jam 85% 15%

(56)

39

Lampiran 8. Luas peak dan waktu retensi (tR) dari standar gula.

No

Standar Gula

Kadar (g/100ml)

Luas Peak (Area) tR

(8,8 mnt)

tR (9,5 mnt)

tR (10,6 mnt)

tR (13,1 mnt)

tR (15,7 mnt) A Mystosa/

stachiosa 0,4 142045

B Rafinosa 0,4 85574

C Trachiosa/ sukrosa/

Maltosa 0,4 237271

D Glukosa 0,4 79862

(57)

Lampiran 9. Luas Peak dan Waktu Retensi (tR) dari ampas perasan kelapa sawit perlakuan pH, suhu, waktu dan kombinasi.

No Perlakuan tR (menit)

Unknown 1 Glukosa Unknown 1 Fruktosa

1 pH 4 9,2 13,1 14,7

Luas Peak (Area)

Unknown 1 Glukosa Unknown 1 Fruktosa

1 pH 4 35465288 51400 141144

2 pH 6 25499478 59436 185993

3 pH 8 35071024 47272 110129 3856

4 pH 10 34591784 51933 135429 9218

5 pH 12 30691026 49527 121450 7624

6 T-25C 30593484 40851 93247 6587

7 T-50C 35846884 47495 134630

8 T-70C 25529888 49388 121278

9 T-90C 33008140 48001 116346

10 t-0,5jam 24242648 37867 106084

11 t-3jam 28204754 51533 152079 5546

12 t-24jam 27832648 49129 137031 8826

13 t-100jam 32832048 75375 218619

(58)

41

Lampiran 10. Kandungan glukosa dan fruktosa pada ampas perasan kelapa sawit perlakuan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada variasi pH, suhu, waktu dan kombinasi

NO

Perlakuan

Glukosa Fruktosa

% (g/100g sampel) % (g/100g sampel)

1 pH 4 8,58 ‐

2 pH 6 9,86 ‐

3 pH 8 7,88 0,54

4 pH 10 8,66 1,29

5 pH 12 8,25 1,07

6 T‐25C 6,80 0,93

7 T‐50C 7,90 ‐

8 T‐70C 8,24 ‐

9 T‐90C 7,99 ‐

10 t‐0,5jam 6,31 ‐

11 t‐3jam 8,60 0,78

12 t‐24jam 8,14 1,24

13 t‐100jam 12,49 ‐

(59)

(60)

43

Lampiran 12. Kromatogram KCKTampas perasan kelapa sawit perlakuan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada pH 4 dan H2SO4 72%.

g l u k o s a U

n k n o w n 1

(61)

g l u k o s a U

n k n o

w U_n

(62)

45

U n k n o w n 1

g l u k o s a

U n k n o w n 2

(63)

U n k n o

w g_l

u k o s a

U n k n o w

(64)

47

U n k n o

w g

l u k o s a

U n k n o w

(65)

Lampiran 17. Kromatogram KCKTampas perasan kelapa sawit Perlakuan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada suhu 25 0C dan H2SO4 72%.

U n k n o

w g

l u k o s a

(66)

49

Lampiran 18. Kromatogram KCKTampas perasan kelapa sawit perlakuan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada suhu 50 0C dan H2SO4 72%.

U n k n o w n 1

g l u k o s a

(67)

Lampiran 19. Kromatogram KCKTampas perasan kelapa sawit perlakuan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada suhu 70 0C dan H2SO4 72%.

U n k n o w n 1

g l u k o s a

K n o w n 2

(68)

51

Lampiran 20. Kromatogram KCKTampas perasan kelapa sawit Perlakuan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada suhu 90 0C dan H2SO4 72%.

U n k n o w n 1

g l u k o s a

(69)

Lampiran 21. Kromatogram KCKTampas perasan kelapa sawit perlakuan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada waktu 0,5 jam dan H2SO4 72%.

U n k n o w n 1

g l u k o s a

(70)

53

Lampiran 22. Kromatogram KCKTampas perasan kelapa sawit perlakuan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada waktu 3 jam dan H2SO4 72%.

U n k n o w n 1

g l u k o s a

(71)

U n k n o w n 1

g l u k o s a

U n k n o w n 2

(72)

55

U n k n o w n 1

g l u k o s a

(73)

Lampiran 25. Kromatogram KCKT ampas perasan kelapa sawit perlakuan Kombinasi

U n k n o w n 1

g l u k o s a

U n k n o w n 2