PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA
PEMANFAATAN HEMISELULOSA PADA LIMBAH TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN BAKU GULA XILITOL
MENGGUNAKAN KHAMIR CANDIDA TROPICALIS
Bidang Kegiatan : PKM Gagasan Tertulis
Diusulkan Oleh :
Ketua Kelompok : Affan Iqbal ( G84080022/2010) Anggota kelompok : 1. Taufik Rais ( F24080055/2010)
2. Ayu Fitriana ( H44080050/2010)
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
2010
Ringkasan
Limbah tandan kosong kelapa sawit (TKKS) di Indonesia yang jumlahnya sangat banyak, menyimpan potensi untuk dimanfaatkan menjadi produk gula yang bernilai tinggi yaitu xilitol. Kandungan hemiselulosa pada limbah ini mencapai 28% berat kering. Hemiselulosa tersebut menghasilkan (±) 33% xilosa sehingga sangat potensial jika diproses menjadi gula xilitol.
Proses produksi xilitol pada awalnya menggunakan teknik hidrogenasi xilosa murni yang mahal dan sulit. Tapi dengan ditemukannya proses bioteknologi fermentasi yang memanfaatkan metabolisme khamir. Proses konversi menjadi lebih murah dan efesien.
Abstract
Waste of Oil palm empty-fruit-bunch (TKKS) in Indonesia is in great number, it has potential to be used to produce high-value sugar , xilitol. Hemicellulose content of the waste reached 28% dry weight. Hemicellulose yield (±)33% xilosa so nothing to lose if xilitol processed into sugar. Ordinarily , xilitol production using hydrogenation techniques pure xilosa is expensive and difficult. But with fermentation biotechnology processes that use yeast metabolism. production processes becomes cheaper and more efficient.
Lembar Pengesahan
1. Judul Kegiatan : Pemanfaatan Hemiselulosa pada Tandan Kosong Kelapa Sawit sebagai Bahan Baku Gula Xilitol Menggunakan Khamir Candida tropicalis
2. Bidang Kegiatan : ( ) PKM-AI ( √ ) PKM-GT 3. Ketua Pelaksana Kegiatan
a. Nama Lengkap : Affan Iqbal
b. NRP : G84080022
c. Departemen : Biokimia
d. Perguruan Tinggi : Institut Pertanian Bogor
e. Alamat Rumah dan HP : Desa Megale, Kedungadem, Bojonegoro 085641409380
f. Alamat email : [email protected] 4. Anggota Pelaksana Kegiatan : 2 orang
5. Dosen Pembimbing
a. Nama Lengkap : Dr. Laksmi Ambarsari b. Alamat Rumah dan HP : Kampus IPB Gunung Gede,
Jl Pajajaran Bogor 08156036490 Bogor, 24 Maret 2010 Menyetujui,
Ketua Departemen,
Dr. Ir. I Made Artika, M.App.Sc NIP. 19630117 198903 1 000
Ketua Pelaksana Kegiatan,
Affan Iqbal NRP. G84080022 Wakil Rektor Bidang
Akademik dan Kemahasiswaan,
Prof. Dr. Yonny Koesmaryono, MS NIP. 19581228 198503 1 003
Dosen Pembimbing,
Dr. Laksmi Ambarsari NIP. 19601118 199403 2 001
Kata Pengantar
Segala puji dan syukur kami haturkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala limpahan rahmat dan hidayah-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan karya tulis yang berjudul Pemanfaatan Hemiselulosa pada Tandan Kosong Kelapa Sawit sebagai Bahan Baku Xilitol Menggunakan Khamir Candida tropicalis.
Karya tulis ini ditujukan untuk mengikuti Program Kreativitas Mahasiswa Gagasan Tertulis (PKM-GT) 2010 yang diadakan oleh DIKTI. Melalui karya tulis ini, penulis ingin memberikan solusi terhadap permasalahan dari limbah Tandan Kosong Sawit yang melimpah dan belum termanfaatkan secara optimal.
Ucapan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kami sampaikan kepada Dr. Laksmi Ambarsari selaku dosen pendamping yang telah memberikan banyak bimbingan dan arahan kepada kami dalam penyusunan proposal gagasan tertulis ini. Tidak lupa penulis juga mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan memberikan dukungan pada kami. Kami menyadari terdapat banyak kekurangan baik dari segi materi, ilustrasi, contoh, dan sistematika penulisan dalam pembuatan proposal ini. Oleh karena itu, saran dan kritik dari para pembaca yang bersifat membangun sangat kami harapkan. Besar harapan kami proposal ini dapat diapresiasi sehingga dapat bermanfaat baik bagi kami sebagai penulis dan bagi pembaca pada umumnya terutama bagi dunia industri gula Indonesia.
Bogor, 23 Maret 2010
Penulis
Affan Iqbal Ayu Fitriana Taufik Rais
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ……… i
LEMBAR PENGESAHAN ……… ii
RINGKASAN... iii
KATA PENGANTAR ………. vi
DAFTAR ISI ………... v
PENDAHULUAN ………. 1
Latar belakang ... 1
Rumusan Masalah……….... 2
Tujuan ………... 2
Manfaat ………. 2
TINJAUAN PUSTAKA Tandan Kosong Kelapa Sawit... 3
Xilitol ... 3
Candida tropicalis... 4
Produksi Xilitol oleh Khamir... 4
GAGASAN ……….. 5
SIMPULAN DAN SARAN .………... 7
DAFTAR PUSTAKA ………... 8
DAFTAR RIWAYAT HIDUP PENULIS... 9
DAFTAR RIWAYAT HIDUP DOSEN PEMBIMBING... 10
DAFTAR TABEL Tabel 1. Produksi sawit dunia... 2
Tabel 2. Komposisi kimia dari TKKS... 3
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Produksi xilitol secara bioteknologi ... 6
Gambar 2,3,4 contoh aplikasi xilitol... 7
1
PENDAHULUAN Latar Belakang
2
Rumusan Masalah
Potensi limbah tandan kosong sawit belum dimanfaatkan secara optimal. Dengan diketahuinya kandungan hemiselulosa yang tinggi pada limbah TKKS, limbah ini dapat dimanfaatkan untuk memproduksi gula Xilitol dalam skala industri.
Tujuan Penulisan
Penulis mempunyai tujuan untuk memaksimal potensi limbah TKKS dengan memanfaatkannya sebagai bahan alternatif untuk produksi gula Xilitol dalam skala industri.
Manfaat Penulisan
Dari gagasan ini diharapkan pemerintah dapat mengetahui potensi dari limbah TKKS untuk bahan baku industri xilitol yang memiliki peluang besar sebagai komoditi ekspor yang unggul.
3
TINJAUAN PUSTAKA
Tandan Kosong Sawit
Tabel. Chemical Constituents in OPEFB
Constituent % of dryOPEFB
Reference Khoo & Lee
1991
Law & Jiang 2001
Extractives 3.7 ± 0.3 0.9 2.8
acid-insoluble lignin 18.8 ± 0.3 17.2 17.6 ash-free acid-insoluble
lignin 17.8 ± 0.2 -
-Ash 1.3 ± 0.2 0.7 3.8
hot-water soluble 7.5 ± 0.8 2.8 9.3
1% NAOH soluble 14.5 ± 2.7 17.2 29.9
Holocellulose 82.4 ± 1.4 70.0 86.3
Cellulose 62.9 ± 2.0 42.7
-Hemicellulose 28.0 32.5 (Leh, 2002)
-Arabinose 2.5 ± 1.1 -
4
produk pangan, sifat-sifat tesebut sangat cocok. Aplikasi xilitol pada produk pangan antara lain pada permen karet. Di negara Jepang, Xilitol termasuk salah satu dari 12 komponen bahan makanan yang dapat memberikan efek menyehatkan tubuh atau lebih dikenal dengan istilah makanan fungsional. Dari sifat xilitol yang rendah kalori, non kariogenik, dan insulin-independent (dapat dimetabolisme tubuh tanpa melibatkan insulin), xilitol dapat diaplikasikan pada bidang farmasi yaitu pada produk-produk kesehatan gigi dan produk yang ideal bagi penderita diabetes biasa maupun diabetes insulin-dependent. (Emodi 1978; Tochampa et al.2005)..
Candida tropicalis
Produksi xilitol dengan memanfaatkan mikroorgasime berupa khamir memiliki kelebihan dari segi ekonomi daripada produksi dengan cara konvensional yaitu secara kimia yang membutuhkan biaya yang mahal. Menurut hasil penelitian Tom Granstorm (2002) mikroorganisme terbaik untuk memproduksi Xilitol adalah khamir Candida tropicalis. Penyebaran khamir Candida tropicalis sangat mrlimpah di alam, tapi umumnya Candida diisolasi dari tanah, air laut, produk fermentasi, dan hewan berdarah dingin. Taksonami dari khamir ini adalah Kingdom: Fungi, Filum:Deuteromycotina ,Famili: Tarulopsidaceae, Genus: Candida, Spesies: Candida tropicalis.
Produksi Xilitol oleh Khamir
5
prekursor pada system metabolisme Candida tropicalis .xilitol diperoleh maksimal saat fase eksponensial atau fase log. Produsi xilitol ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu pH, temperature, konsentrasi substrat dan ko-substrat, dan aerasi.(Yulianto 2006). Hasil optimum xilitol diperoleh saat temperature pada kisaran 28-30°C (parajo et al. 1998). Candida tropicalis menghasilkan 84,5 g/L xilitol dari 150 g/L xilosa(Yahashi et al. 1996). Menurut hasil penelitian Puspa Julistia Puspita ( mahasiswa Biokimia IPB 2009) kondisi optimum untuk produksi xilitol dengan Candida tropicalis adalah waktu optimum inkubasi 48 jam, konsentrasi optimum xilosa sebesar 70 g/L dengan hasil produksi xilitol 14.08 g/L.
GAGASAN
6
Gambar 1. Produksi xilitol dengan bioteknologi
Produksi xilitol dengan bahan baku limbah tandan kosong kelapa sawit (TKKS) terlihat sangat berpotensi jika dilihat dari analisa perhitungan komposisi pada tiap tahap produksinya, yaitu:
- perkebunan Indonesia tiap tahun menghasilkan rata-rata 20 ton tandan buah segar (TBS) per Ha
- luas area perkebunan sawit indonesia adalah 7.9 juta Ha, jadi produksi TBS tiap tahun adalah 7.9 juta x 20 ton = 158 juta ton
- pada produksi minyak sawit,tiap TBS menghasilkan TKKS sebanyak 22%, jadi jumlah TKKS tiap tahun 158 juta ton x 22/100 = 34,76 juta ton
- ekstraksi TKKS menghasilkan 28% hemiselulosa, maka jumlah hemiselulosa adalah 34.76 juta ton x 28/100= 9.732.800 ton
7
- xilosa kemudian dijadikan substrat fermentasi khamir Candida tropicalis dengan konsentrasi 70 g /L dihasilkan 14.08 g/L xilitol atau sebanyak 20% dari xilosa. Maka jumlah xilitol adalah 3.211.824 ton x 20/100 = 624.364,8 ton tiap tahunnya.
Jumlah 624.364,8 ton sangat banyak bila dibandingkan dengan Cina sebagai produsen xilitol terbesar dunia yang tiap tahunnya hanya menghasilkan 10.000-13.000 ton xilitol. Beberapa aplikasi produk dari xilitol
Gambar 2,3,4. Aplikasi produk gula xilitol
SIMPULAN DAN SARAN
Besarnya jumlah limbah biomassa tandan kosong kelapa sawit saat ini belum dimanfaatkan secara optimal. Kandungan senyawa hemiselulosa yang tinggi memunculkan potensi pemanfaatannya sebagai bahan baku gula xilitol yang bernilai tinggi dan beragam manfaatnya. Dari analisis perkiraan kapasitas produksi gula xilitol yang didasarkan pada ketersediaan TKKS per tahun dan proses produksinya. Indonesia mampu menjadi negara pengekspor xilitol terbesar Dunia.
8
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2010. Harga TBS petani tertekan. Kompas Cetak. [ terhubung berkala]. http://cetak.kompas.com/read/xml/2010/03/22/03331938/harga.tbs.petani tertekan. [23 maret 2010].
Granstrom T. 2002.Biotechnological production of xylitol with Candida yeast, Phd thesis, Helsinki University of Technology, Findland.
Law et al. 2007. Oil palm empty-fruit-bunch. BioResource 2(3). 351-362
Puspita, PJ. 2009. Optimasi Konsentrasi Xilosa dan Glukosa Untuk Produksi Xilitol oleh Candida tropicalis. [ penelitian ].Bogor:Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor; 2009.
Rao RS et al. 2006. Xylitol production from corn .fiber and sugarcane bagasse hydrolysates by Candida tropicalis. Bioresource Technology. 97:1974 -1978
Reza. 2008. Sawit Unggul Mampu Hasilkan 35 Ton TBS.[terhubung berkala]. http://perkebunan.kaltimprov.go.id/content.php?kebun=berita&code=2&vi ew=99 [23 maret 2010].
Richana, Nur et al. Isolasi Identifikasi Bakteri Penghasil Xilanase serta Karakterisasi Enzimnya. Jurnal AgroBiogen 4(1):24-34
Sampaio FC et al. 2003. Screening of filamentous fungi for production of xylitol from D- xylose. Brazillian Journal of Microbiology. 34:325-328
Uhari M, Kontiokori T, Koskela M, Niemela M. 1996. Xylitol chewing gum in prevention of acute otitis media: double blind randomized trial. BrMed J 313: 1180-1184.
Wiknkelhausen E
,
Pittman P,Kuzmanova S, Jeffries TW.1996. Xylitol formation by Candida boidini in oxygen limited chemostat culture.Biotechnology Letters. 7 : 753-758Yahashi Y et al. 1996. Production of xylitol fromD-xylose by Candida tropicalis the effect of D-glucose feeding. Journal of Fermentation and Bioengineering 81: 148-152
9
DAFTAR RIWAYAT HIDUP PENULIS
Ketua pelaksana
Nama Lengkap : Affan Iqbal
NRP : G84080022
Tempat, tanggal lahir : Bojonegoro, 13 November 1989
Departemen/Fakultas : Biokimia / Fakultas Matematika dan IPA Universitas : Institut Pertanian Bogor
Alamat : Desa Megale, Kedungadem, Bojonegoro
Telepon : 085641409380
Anggota
1. Nama Lengkap : Taufik Rais
NRP : F24080055
Tempat, tanggal lahir : Semarang, 16 juli 1990 Departemen/Fakultas : Teknologi Pangan /
Fakultas Teknologi Pertanian Universitas : Institut Pertanian Bogor
Alamat : Semarang
Telepon : 085641102239
2. Nama Lengkap : Ayu Fitriana
NRP : H44080050
Tempat, tanggal lahir : Bojonegoro, 4 Maret 1990
Departemen/Fakultas : Ekonomi Sumberdaya dan Lingkungan / Fakultas Ekonomi dan manajemen Universitas : Institut Pertanian Bogor
Alamat : Jl. Kapten Ramli 107 Bojonegoro
10
DAFTAR RIWAYAT HIDUP DOSEN PEMBIMBING
Nama Lengkap : Dr. Laksmi Ambarsari NIP : 19601118 199403 2 001 Tempat, Tanggal Lahir : Bandung, 18 November 1960
Agama : Islam
Alamat Surat : Kampus IPB Gunung Gede, Jl Pajajaran Bogor Telepon/Fax : 0251-323166/0251-323166
E-mail : [email protected] Telepon/Hp : 08156036490
Bidang Minat : Bio Molekul
Jabatan : Fungsional Lektor III c Departemen Biokimia IPB Riwayat Pendidikan :
Pendidikan S3 Departemen Kimia
Bidang studi Biokimia/Rekayasa Protein Institut Teknologi Bandung, 2006 Pendidikan S2 Departemen Kimia,
Bidang studi Biokimia/Enzimologi Institut Teknologi Bandung, 1992 Pendidikan S1 Departemen Kimia
Institut Teknologi Bandung,1987
Penelitian :
1. Isolasi, produksi, dan karakterisasi enzim glukosa isomerase (1989 – 1991)
2. Amobilisasi dan pemurnian enzim glukosa isomerase (1991 – 1992) 3. Sintesis dan isolasi produk-produk reaksi Maillard sebagai inhibitor
pertumbuhan mikroba (1993 – 1994)
4. Optimasi Downstream proses dan karakterisasi enzim dekstranase (1994)
5. Perbaikan strain mikroba secara DNA rekombinan untuk optimasi produksi L-lisin dan L-metionin (1995)
6. Pembuatan produksi reaksi Maillard sebagai zat anti bakteri yang murah untuk menghambat kerusakan tebu pada pasca panen (1996)
