PRAPERLAKUAN FISIK DAN BIOLOGI TERHADAP BIOMASSA ECENG GONDOK UNTUK PRODUKSI ENZIM SELULASE OLEH ASPERGILLUS NIGER DAN TRICHODERMA REESEI TESIS

(1)

PRAPERLAKUAN FISIK DAN BIOLOGI TERHADAP

BIOMASSA ECENG GONDOK UNTUK PRODUKSI ENZIM

SELULASE OLEH ASPERGILLUS NIGER DAN TRICHODERMA

REESEI

TESIS

Oleh

FENI AMRIANI

117022003/TK

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2013

Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara

(2)

PRAPERLAKUAN FISIK DAN BIOLOGI TERHADAP

BIOMASSA ECENG GONDOK UNTUK PRODUKSI ENZIM

SELULASE OLEH ASPERGILLUS NIGER DAN TRICHODERMA

REESEI

T E S I S

Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik

Pada Program Studi Teknik Kimia

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Oleh

FENI AMRIANI

117022003/TK

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(3)

(4)

ABSTRAK

Eceng gondok yang tumbuh dengan cepat menyebabkan eutrofikasi badan air sehingga menghabiskan nutrisi dan oksigen dalam air. Namun, eceng gondok yang merupakan biomassa lignoselulosa berpotensi digunakan untuk produksi enzim selulase oleh beberapa jenis mikroba seperti Aspergillus niger dan Trichoderma reesei. Praperlakuan dilakukan untuk mendegradasi lignin dan meningkatkan aksesibilitas mikroba terhadap selulosa sebelum eceng gondok digunakan sebagai substrat. Pada penelitian ini, praperlakuan fisik dilakukandengan pengurangan ukuran biomassa dan praperlakuan biologi dengan menggunakan jamur pelapuk putih dengan variasi variable waktu fermentasi 3, 5, 7, 8 dan 9 hari,

moisture content 65%, 70%, 75%, 80%, dan 85%, dan penggunaan

mikroba mono dan mix kultur. Hasil penelitian menunjukkan bahwa eceng gondok mengandung selulosa 27,78%, hemiselulosa 37,50% dan lignin 5,99%, namun setelah dilakukan praperlakuan fisik dan biologi, lignin terdegradasi menjadi 4,63% dan 2,90% untuk masing-masing praperlakuan. Kondisi terbaik fermentasi untuk produksi enzim selulase pada sampel eceng gondok dengan praperlakuan fisik diperoleh pada hari ke-7, moisture content 75%, dan penggunaan mono kultur mikroba

Aspergillus niger dengan aktivitas enzim selulase 0,207 IU/ml. Pada

sampel eceng gondok dengan praperlakuan biologi kondisi terbaik fermentasi diperoleh pada hari ke-7, moisture content 80%, dan penggunaan mono kultur mikroba Aspergillus niger dengan aktivitas enzim selulase 0,107 IU/ml.

Kata kunci : Aspergillus niger, Eceng Gondok, Enzim Selulase,

(5)

ABSTRACT

The Overgrowth of water hyacinth leads to eutrophication of water bodies as it exhausts nutrient and oxygen contents in water. However, it can be potentially used as lignocellulose biomass for cellulase production by several types of microbes such as Aspergillus niger and Trichoderma reesei. Physical pretreatment is conducted by size reduction of biomass and biological pretreatment by relying white rot fungus in which used to degrade lignin and improve accessibility of microbes to the cellulose, using variance of variable fermentation time 3, 5, 7, 8 and 9 days; substrate moisture content 65%, 70%, 75%, 80%, and 85%, and the use of microbes in mono and mix cultures respectively. The result showed that water hyacinth contains cellulose 27.78%, hemicellulose 37.50% and lignin 5.99%. Physical and biological pretreatment to biomass showed lignin degradation to 4.63% and 2.90% respectively. The best conditions for cellulase production on water hyacinth biomass with physical

pretreatment were at 7th day incubation period, 75% of moisture content

by mono culture Aspergillus niger with cellulase activity 0.207 IU/ ml, and the best conditions for water hyacinth biomass with biological

pretreatment were at 7th _{day incubation period, 80% of moisture content}

by mono culture Aspergillus niger with cellulase activity 0.107 IU/ml.

Keywords : Aspergillus niger, Cellulase, Cellulose, Pretreatment,

Trichoderma reesei, Water Hyacinth.

(6)

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, segala puji syukur kepada Allah SWT atas segala karunia dan

ridho-Nya, sehingga tesis dengan judul “Praperlakuan Fisik dan Biologi Terhadap

Biomassa Eceng Gondok Untuk Produksi Enzim Selulase Oleh Aspergillus niger dan Trichoderma reesei” ini dapat diselesaikan.

Tesis ini disusun setelah melalui penelitian dan konsultasi untuk memenuhi

salah satu persyaratan memperoleh gelar Magister Teknik (M. T) di Program

Magister Teknik Kimia dengan sumber dana berasal dari Lembaga Pengelola Dana

Pendidikan Jakarta.

Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa hormat dan

dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya, kepada :

1. Ibu Dr. Fatimah, M. T dan Ibu Dr. Iriany, M. Si atas bimbingan, arahan, dan

waktu yang telah diluangkan kepada penulis untuk berdiskusi selama menjadi

Dosen pembimbing penelitian dan perkuliahan.

2. Bapak Dr. Taslim, M. Si dan Bapak Dr. Irvan, M. Eng yang telah memberikan

masukan dan saran pada saat seminar proposal dan seminar hasil tesis.

3. Ketua Program Studi Magister Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara, Dr.

Taslim, M. Si.

4. Sekretaris Program Studi Magister Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara,

(7)

5. Okta Bani, ST, MT, Ika Herawati Hasibuan, dan Wan Rizky atas banyak

bantuannya dalam penelitian dan penyusunan laporan tesis ini.

6. Ayahanda Alm. Ir. Amrul Ambia dan Ibunda Yeni Afriyani, serta adik-adik Vidi,

Vici, dan Devin yang telah menginspirasi dan segala dukungan dan doanya.

Suami tercinta dr. Rizky Julana dan anak-anak tercinta Harits, Sarah, Hammam,

dan Shafiyyah inspirasi dan semangat terbesar dan ucapan terima kasih atas

segala dukungan, kesabaran, dan doanya selama ini.

7. Rekan-rekan S-2 Teknik Kimia angkatan 2011 dan 2012. Semoga semua bisa

cepat selesai , dan

8. Semua civitas dan staf administrasi Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Dengan keterbatasan pengalaman, pengetahuan maupun pustaka yang

ditinjau, penulis menyadari bahwa tesis ini masih banyak kekurangan dan perlu

pengembangan lebih lanjut agar benar-benar bermanfaat. Oleh sebab itu, penulis

sangat mengharapkan saran dan kritik agar tesis ini lebih sempurna serta sebagai

masukan bagi penulis untuk penelitian dan penulisan karya ilmiah di masa yang akan

datang .

Akhir kata, penulis berharap tesis ini memberikan manfaat bagi kita semua

terutama untuk pengembangan ilmu pengetahuan yang ramah lingkungan.

Medan, November 2013

Penulis

Feni Amriani

(8)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 6 Februari 1984, dan merupakan

anak pertama dari empat bersaudara dari pasangan Alm. Ir. Amrul Ambia dan Yeni

Afriyani. Pendidikan Sekolah Dasar ditempuh di SDN Pacet II Cipanas, Jawa Barat

lulus tahun 1995, selanjutnya di SLTP Mardi Yuana Santo Yusuf Sindang Laya, Jawa

Barat lulus tahun 1998. Tahun 2001 penulis menamatkan Sekolah Menengah Atas di

SMU N 1 Cianjur.

Pada tahun 2002 penulis melanjutkan pendidikan di Teknik Kimia Universitas

Syiah Kuala Banda Aceh dan lulus pada tahun 2008. Kemudian pada tahun 2011

penulis mengambil program Magister Teknik Kimia di Fakultas Teknik Universitas

(9)

DAFTAR ISI Halaman Lembar Pengesahan Abstrak Abstract Kata Pengantar Riwayat Hidup Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar I.PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ...i ...ii ...iii ...iv ...vi ...vii ... x ...xi ... 1 ... 1 1.2 Perumusan Masalah... 12 1.3 Tujuan Penelitian... 13 1.4 Manfaat Penelitian... 13 1.5 Lingkup Penelitian... 13

II. TINJAUAN PUSTAKA ... 15

2.1 Karakteristik dan Pola Pertumbuhan Eceng Gondok... 15

2.2 Pengendalian dan Pemanfaatan Eceng Gondok... 18

2.3 Eceng Gondok dalam Produksi Enzim ... 22

2.4 Selulase ... 24

2.5 Teknologi Produksi Enzim Selulase ... 26

(10)

Halaman

2.5.1 Substrat, Mikroorganisme, dan Praperlakuan ... 27

2.5.2 Fermentasi ... 35

2.6 Produksi Enzim Selulase dengan Substrat Eceng Gondok dan Perkembangannya... 42

III. METODOLOGI PENELITIAN... 45

3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian... 45

3.2 Alat dan Bahan ... 45

3.3 Rancangan Percobaan... 46

3.4 Prosedur Percobaan ... 46

3.4.1 Pembenihan Mikroba ... 46

3.4.2 Praperlakuan Eceng Gondok... 47

3.4.3 Penyiapan Inokulum Cair ... 50

3.4.4 Produksi Enzim Selulase... 50

3.4.5 Pengambilan Enzim ... 51

3. 5 Analisa Hasil Penelitian ... 52

3.5.1 Analisa Kadar Lignin dan Selulosa ... 52

3.5.2 Uji Aktivitas Enzim... 53

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 56

4.1 Persiapan Bahan Sampel Biomassa Eceng Gondok dan Mikroba ... 56

4.1.1 Bahan Sampel Biomassa Eceng Gondok ... 56

(11)

Halaman

4.2 Produksi Enzim Selulase ... 59

4.3 Pengambilan Enzim dan Pengujian Aktivitas Enzim... 60

4.4 Hasil Praperlakuan Fisik dan Biologi... 61

4.4.1 Hubungannya dengan Degradasi Lignin ... 62

4.4.2 Hubungannya dengan Produksi Enzim Selulase... 65

4.5 Pengaruh Variasi Kultur Mikroba terhadap Aktivitas Enzim Selulase ... 67

4.6 Pengaruh Variasi Moisture Content terhadap Aktivitas Enzim Selulase .... 70

4.7 Pengaruh Variasi Waktu Fermentasi (Incubation Period) terhadap Aktivitas Enzim Selulase... 71

4.8 Respon Maksimum Aktivitas Enzim Selulase ... 73

4.9 Ringkasan Produksi Enzim Selulase dengan Metode Praperlakuan Fisik dan Biologi ... 75 V. PENUTUP ... 76 5.1 Kesimpulan 5.2 Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN ... 76 ... 77 ... 78 ... L-1 – L-13

(12)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

1.1 Perkembangan Produksi Selulase dari Bahan Lignoselulosa/

Selulosa... 4

2.1 Kandungan Lignin, Selulosa, danHemiselulosaEcengGondok ... 17

2.2 Metode Pengendalian dan Kekurangannya ... 20

2.3 Mikroorganisme Penghasil Selulase... 29

2.4 Teknologi Praperlakuan, Deskripsi, Kekurangan, dan Kelebihan ... 34

2.5 Komposisi Medium Mandel Weber ... 42

2.6 Penelitian Mengenai Produksi Enzim Selulase Dengan Substrat Eceng Gondok ... 44

4.1 Kadar Lignin-Selulosa Biomassa Eceng Gondok ... 62

4.2 Enzim dan Reaksinya yang Terlibat di Dalam Degradasi Lignin ... 64

(13)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

2.1 Tanaman Eceng Gondok ... 16

2.2 Skema Utilisasi Eceng Gondok ... 22

2.3 Mekanisme Hidrolisis Selulosa ... 25

2.4 Aspergillus Niger ... 31

2.5 Trichoderma Reesei... 32

2.6 Skema Tujuan Pretreatment pada Biomassa Lignoselulosa ... 33

3.1 Skema Praperlakuan Fisik ... 48

3.2 Skema Praperlakuan Biologi ... 49

3.3 Diagram Alir Produksi Enzim Selulase... 55

4.1 Eceng Gondok ... 56

4.2 Sampel Kering Eceng Gondok Hasil Praperlakuan Fisik... 57

4.3 Pertumbuhan Jamur Pelapuk Putih... 58

4.4 Aspergillus Niger, Trichoderma Reesei, dan Ganoderma. B ... 58

4.5 Kurva Standar Glukosa... 61

4.6 Pengaruh Variasi Kultur Mikroba terhadap Aktivitas Enzim Selulase Padat = 7 Hari dan Moisture Content 70% ... 68

4.7 Pengaruh Variasi Moisture Content terhadap Aktivitas Enzim Selulase Pada t = 7 Hari dan Mikroba Aspergillus Niger ... 70

(14)

Nomor Judul Halaman

4.8 Pengaruh Variasi Waktu Fermentasi terhadap Aktivitas Enzim

Selulase dari Crude Enzim dengan Fermentasi Sampel Moisture

Content 75% untuk Sampel Fisik dan 80% untuk Sampel Biologi... 72