13
ABSTRAKTujuan penelitian adalah untuk mempelajari pengaruh radiasi gelombang mikro microwave pada kandungan selulosa, hemiselulosa dan lignin jerami padi. Ukuran jerami padi yang digunakan adalah 20, 50 dan 100 mesh. 10 gram dari masing-masing ukuran dicampur dengan 100 ml NaOH 0.5 M dan selanjutnya dilakukan perlakuan paparan gelombang mikro frekuensi 2450 MHz, daya 950 Watt dengan variasi waktu 20,30 dan 40 menit. Kandungan selulosa, hemiselulosa dan lignin dianalisa dengan menggunakan metode Chesson dan dilalukan analisa mikro struktur menggunakan SEM (Scanning Electron Microscopy).Hasil telah menunjukkan bahwa kandungan selulosa meningkat dari 30.38% menjadi 72.70%, sementara kandungan lignin telah menurun dari 7.93% menjadi 3.66%. Analisa kandungan selulosa dengan metode Chesson menunjukkan bahwa nilai maksimumnya (72.70%) telah diperoleh pada pretreatment 40 menit dengan ukuran 100 mesh. Analisa pencitraan dengan SEM telah menunjukkan bahwa struktur molekul dari selulosa telah berubah, dan terjadi kerusakan kristal.
KATA KUNCI : Bioetanol, delignifikasi, jerami padi, pretreatment.
ABSTRACT
The aim of this research is to study the influence of microwave irradiation on changes of cellulose, hemicellulose, and lignin content of paddy straw. The sizes of paddy straw were 20, 50 and 100 mesh. 10 grams of paddy straw mix with 100 ml of NaOH 0.5 M then exposure to microwave radiation with frequency of 2450 MHz and the power range 950 Watt with variation time of 20, 30 and 40 minutes. Chesson method and SEM (Scanning Electron Microscopy) was used to analyze cellulose, hemicellulose and lignin content and structure. Results have shown that the cellulose content increased from 30.38% to 72.70%, while the lignin content has decreased from 7.93% to 3.66%. Cellulose content analysis with the Chesson method shows that its maximum value (72.70%) was obtained in condition of treatment at 40-minutes with 100 mesh size. Imaging with SEM analysis has shown that the molecular structure of cellulose has been changed, and crystal damage.
Keywords: Bioethanol, delignification, paddy straw,pretreatment.
PENDAHULUAN
Kebutuhan energi untuk menunjang kehidupan manusia semakin meningkat, sementara persediaan bahan bakar fosil semakin menurun. Bahan bakar fosil sampai saat ini merupakan sumber energi utama. Bahan bakar fosil tidak dapat diperbaharui lagi, sehingga bila dipergunakan secara terus menerus akan semakin habis. Selain itu, penggunaan bahan bakar fosil dapat menurunkan kualitas lingkungan. Oleh karena itu, perlu dikembangkan energi alternatif lain pengganti bahan bakar fosil. Salah satunya adalah biofuel seperti bioetanol atau biohidrogen. Produksi bioetanol dapat menggunakan bahan baku berupa limbah yang mengandung selulosa, diantaranya adalah jerami padi.
PEMANFAATAN IRADIASI GELOMBANG MIKRO UNTUK
MEMAKSIMALKAN UNTUK PROSES
PRETREATMENT
DEGRADASI LIGNIN JERAMI PADI (
pada produksi bioetanol
)
Utilization of Microwave Irradiation to Maximaze Pretreatment Process of
Lignin Levels Reduction of Paddy Straw (on the production of bioethanol)
Fajar Rahmawati Dehani P. *, Bambang Dwi Argo, Rini Yulianingsih Jurusan Keteknikan Pertanian - Fakultas Teknologi Pertanian - Universitas Brawijaya
Jl. Veteran, Malang 65145
14
Menurut data Biro Pusat Statistik tahun 2006, luas sawah di Indonesia adalah 11.9 juta ha. Artinya, potensi jerami padinya kurang lebih adalah 119 juta ton. Apabila seluruh jerami ini diolah menjadi etanol maka akan diperoleh sekitar 9.1 milyar liter etanol (Fuel Grade Ethanol), dengan nilai ekonomi Rp 50.1 triliun. Potensi etanol dari jerami padi menurut Kim dan Dale (2004) dalam Patel dan Shoba (2007), adalah sebesar 0.00028 m3/kg jerami. Sedangkan kalau dihitung dengan cara Badger (2002) dalam Patel dan Shoba (2007), adalah sebesar 0.00020 m3/kg jerami. Berdasarkan data tersebut dapat diperkirakan berapa potensi etanol dari jerami padi di Indonesia.Parameter teknis yang diukur dalam penelitian ini adalah kandungan jerami yang meliputi lignin, selulosa dan hemiselulosa sebelum dan setelah proses pretreatment. Dengan metode ini struktur ikatan lignin akan terurai akibat perlakuan pretreatment sedangkan hemiselulosa dan selulosa akan terlarut dalam air sehingga struktur selulosa akan lebih mudah ditembus oleh perlakuan biologis (enzimatik) pada proses hidrolisis (Perez et al., 2008).
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh yang diberikan oleh radiasi gelombang mikro microwave pada kandungan selulosa, hemiselulosa dan lignin terhadap hasil
pretreatment jerami padi.
METODE PENELITIAN
Metode penelitian pretreatment menggunakan analisis pengaruh ukuran dan waktu pemanasan terhadap kandungan selulosa, hemiselulosa dan lignin pada jerami padi yaitu dengan metode Chesson dan foto mikrostruktur hasil dari Scanning Electron Microscopy (SEM). Metode Chesson ini dilakukan dengan mereaksikan sampel dengan H2SO4 dan H2O, direfluks dengan suhu 100
0
C dan dipanaskan dengan oven suhu 1050C. Reaksi tersebut dilakukan berulang kali hingga didapatkan residu yang dikeringan, selanjutnya hasil residu ditimbang dan dihitung kandungan selulosa, hemiselulosa dan lignin (Datta, 1981).
Rancangan percobaan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Rancangan Acak Lengkap (RAL) yang tersusun atas 2 faktor yaitu jenis ukuran partikel serbuk jerami padi dan waktu pemanasan dengan microwave. Faktor I (ukuran partikel) terdiri dari 3 level dan faktor II (waktu pemanasan) dimana terdiri dari 3 level sehingga diperoleh 9 kombinasi, secara rinci penelitian pretreatment ini disusun pada tabel berikut :
Tabel 1. Penelitian proses pretreatment jerami padi T (waktu) U (ukuran) T1 (20 menit) T2 (30 menit) T3 (40 menit) U1 (20 mesh) T1U1 T1U2 T1U3 U2 (50 mesh) T2U1 T2U2 T2U3 U3 (100 mesh) T3U1 T3U2 T3U3
Jerami padi yang akan digunakan, dikeringkan dengan bantuan sinar matahari selama kurang lebih 12 jam, kemudian dipotong 2 cm, dikeringkan kembali dengan oven untuk mendapatkan jerami padi yang benar-benar kering dan siap untuk diproses selanjutnya. Pengeringan jerami padi memiliki tujuan untuk mempermudah proses pengggilingan agar tidak menggumpal saat proses penggilingan. Setelah itu jerami padi digiling menggunakan disk mill, sehingga didapatkan bubuk jerami padi. Bubuk jerami padi yang digunakan sebagai penelitian diayak dengan menggunakan screener dengan diameter 20, 50, dan 100 mesh. Penggilingan bubuk jerami padi sebagai salah satu langkah pretreatment secara fisik. Bubuk jerami padi ditreatment dengan menggunakan larutan NaOH 0.5 M dengan perbandingan 1:10 (jerami : larutan NaOH). Menurut Saha dan Cotta (2005) pretreatment jerami padi dengan menggunakan peroksida alkali seperti NaOH dapat mengkonversi jerami padi menjadi gula dan selanjutnya difermentasi serta didapatkan hasil glukosa yang sangat baik yaitu (97%) secara enzimatik pada proses sakarifikasi. Selanjutnya jerami padi ditreatment dengan mengunakan microwave sesuai perlakuan. Proses pemasakan bahan mengunakan microwave dilakukan pada frekuensi 2450 MHz dengan perlakuan ukuran bubuk jerami padi dan waktu proses yang berbeda. Bubuk jerami padi yang digunakan yaitu 20, 50, dan 100 mesh dengan waktu pemasakan 20, 30 dan 40 menit.
Parameter yang diukur meliputi kadar air, pH, selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Perlakuan terbaik dari jerami padi sebelum dan sesudah proses pretreatment dengan menggunakan metode Chesson
15
dan foto mikrostruktur hasil dari Scanning Electron Microscopy (SEM). Pelaksanaan pengamatan terhadap parameter – parameter tersebut dilaksanakan dengan menggunakan cara sebagai berikut: kadar air jerami padi sebelum proses pretreatment menurut Sudarmadji (1989), analisis mikrostruktur denganScanning Electron Microscopy (SEM) menurut Wijajasaputra (2010).
Data yang diperoleh dianalisis dengan menggunakan analisis ragam satu arah (Oneway Analysis of Variance = Oneway ANOVA) dengan metode RAL secara faktorial. Analisa dilakukan di awal maupun diakhir proses, yaitu analisa perubahan kandungan jerami padi sebelum dan sesudah proses pretreatment
menggunakan Metode Chesson yang dilakukan di Laboratorium Pusat Studi Ilmu Pangan dan Gizi Universitas Gadjah Mada selama kurang lebih tiga minggu.
Apabila terdapat beda nyata pada analisis ragam (ANOVA), maka dilakukan uji DMRT dengan taraf nyata 5% dan 1%. Serta untuk pemilihan perlakuan terbaik dengan menggunakan metode De Garmo
et al., (1984) dalam Pandoyo (2000). Analisis selulosa, hemiselulosa dan lignin dilakukan di awal maupun diakhir proses, dengan menggunakan metode Chesson. Hasil pretreatment yang berupa padatan tersebut digunakan untuk proses selanjutnya yaitu hidrolisis.
Hasil dan Pembahasan
Pengeringan telah dilakukan terhadap bahan jerami dengan panjang potongan 2 cm, selama 4 jam di oven pada suhu 104 OC. Kadar air yang dicapai 4.29 % (bb). Jerami kering disimpan diletakkan dalam suatu wadah untuk menjaga keseimbangan kadar airnya sebelum dilakukan proses penggilingan.
Penggilingan jerami kering menggunakan mesin giling tipe “disk mill”. Hasil penggilingan
jerami diayak dengan menggunakan saringan berukuran 20, 50 dan 100 mesh. Hasil bubuk jerami dengan masing – masing ukuran akan diukur kadar airnya dan nilainya adalah 4.29 % (bb). Bubuk jerami padi dengan ukuran 100 mesh (sebagai salah satu sampel) dengan kadar air 4.29 % telah dianalisis kandungan selulosa, hemiselulosa, dan lignin dengan menggunakan metode Chesson, sebagaimana terdapat pada Tabel 2.
.
Tabel 2. Kandungan jerami sebelum pretreatment
(sumber : penelitian setelah pretreatment)
Dari hasil analisa kandungan bahan awal telah menunjukkan bahwa jumlah selulosa dan hemiselulosa dalam jerami padi sebesar 49.51 %. Jerami ini sangat potensial untuk diubah menjadi gula-gula sederhana yang merupakan bahan baku utama untuk memproduksi bioetanol.
Proses delignifikasi pada bubuk jerami telah dilakukan dengan cara kimia. Pencampuran 10 gram bubuk jerami padi dengan ukuran 20, 50 dan 100 mesh dengan kadar air 4.29% (bb) dan 100 ml NaOH 0.5 M telah dilakukan. Sesuai dengan rancangan penelitian, jumlah campuran yang dihasilkan sebanyak 9 buah. Analisis yang telah dilakukan adalah menentukan jumlah selulosa, hemiselulosa dan lignin dari bahan bubuk jerami yang telah mengalami proses “pretreatment”. Metode yang digunakan adalah metode Chesson.
Hasil pengukuran kandungan selulosa, hemiselulosa dan lignin sebelum dan sesudah perlakuan didapatkan perbedaan yang sangat signifikan. Artinya perlakuan pretreatment dengan microwave pada frekuensi 2450 MHz, 950 watt dengan berbagai variasi ukuran bubuk jerami padi dan waktu perlakuan dapat menghasilkan selulosa yang lebih tinggi dan penurunan lignin-hemiselulosa yang sangat signifikan. Adapun Gambar yang menunjukkan adanya pengaruh kombinasi ukuran jerami padi dan waktu
pretreatment terhadap kandungan selulosa disajikan pada Gambar 1.
Komponen Kandungan (%)
Selulosa 31.37
Hemiselulosa 18.14
16
Gambar 1. Histogram rerata kandungan selulosa jerami padiGambar 1 menunjukkan bahwa bahwa kandungan selulosa rata-rata jerami padi ukuran 20 mesh pada waktu 20, 30 dan 40 menit berturut-turut adalah 61.78% ; 64.71% dan 69.25%. dan 66.68% ; 69.26% dan 68.99% untuk ukuran 50 mesh serta 69.34% ; 70.00% dan 72.70% untuk 100 mesh. Peningkatan waktu pada kondisi 40 menit dengan ukuran 100 mesh didapatkan nilai kandungan selulosa rata-rata paling tinggi dalam penelitian ini yaitu kandungan selulosa sebesar 72.70 %.
Nilai kandungan selulosa pada proses sebelum dan sesudah pretreatment mengalami peningkatan, dari kontrol yang merupakan kandungan selulosa sebelum proses pretreatment sebesar 30.38% menjadi 72.70%. Hal ini dikarenakan microwave oven telah bekerja dengan cara melewatkan gelombang mikro yang berfrekuensi 2450 MHz dengan panjang gelombang 12.25 cm pada jerami padi. Absorpsi gelombang mikro menyebabkan peningkatan suhu yang sangat cepat pada reaktan, solven, dan produk. Pada larutan jerami padi yang mengandung basa kuat (NaOH), energi dapat disebar melalui konduksi ionik yang menyebabkan pemanasan atau superheating solven. Pemanasan gelombang mikro meningkat untuk cairan ataupun padatan yang dapat mengubah energi elektromagnetik menjadi panas. Efek panas berasal dari medan listrik gelombang mikro yang memaksa dipol untuk berputar dan ion untuk berpindah dari respon lambat mengikuti medan listrik yang cepat. Proses interaksi gelombang mikro dengan bahan ini mengakibatkan kandungan hemiselulosa yang mengikat selulosa dapat terlepas, dan kandungan lignin pada dinding sel yang menghalangi selulosa mulai turun. Hal ini sesuai dengan pendapat Hu et al., (2008), yang melaporkan bahwa radiasi microwave menyebabkan efek ledakan fisik pada mikrofiber, yang menyebabkan disintegrasi struktur yang sulit terdegradasi seperti lignin yang melindungi selulosa. Selain itu medan elektromagnetik yang digunakan pada microwave dapat memproduksi efek fisiko-kimia yang juga mempercepat perusakan struktur kristal pada selulosa (Hu et al., 2008). Oleh karena itu selulosa yang didapatkan pada proses kombinasi microwave-NaOH
pretreatment, menghasilkan kandungan selulosa yang lebih tinggi dari kandungan selulosa sebelum proses pretreatment.
Hasil analisis kandungan hemiselulosa berbagai ukuran dan waktu perlakuan dapat dilihat pada gambar 2. Pada ukuran 100 mesh dalam waktu 40 menit menunjukkan bahwa kandungan hemiselulosa yang tersisa pada berbagai waktu perubahan lebih rendah dibandingkan dengan proses pada ukuran 20 dan 50 mesh pada waktu 20 dan 30 menit.
Gambar 2. Histogram rerata kandungan hemiselulosa jerami padi 0 20 40 60 80 20 30 40 Se lu lo sa (% ) Waktu (menit) 20 mesh 50 mesh 100 mesh Kontrol 0 10 20 30 40 20 30 40 H e m isel u lo sa (% ) waktu (menit) 20 mesh 50 mesh 100 mesh kontrol
17
Peningkatan waktu pada kondisi 40 menit dengan ukuran bubuk jerami padi 100 mesh didapatkan nilai kandungan hemiselulosa paling rendah. Nilai kandungan hemiselulosa sebelum dan sesudah pretreatment mengalami penurunan dari 18.49% menjadi 16.93%. Kombinasi microwave-NaOHpretreatment telah efektif menurunkan kristalinitas selulosa, meningkatkan permukaan biomassa, dan menurunkan kandungan hemiselulosa. Proses pretreatment mampu meningkatkan daya cerna enzimatik jerami padi dan menyebabkan % removal dari sebagian kecil kandungan hemiselulosa.
Hal ini dimungkinkan pada saat proses petreatment, air dalam sel jerami padi menguap dan sebagian dari hemiselulosa terurai menjadi asam, yang mengkatalis dekomposisi hemiselulosa dan melepaskan selulosa. Selain itu perlakuan perendaman jerami padi dalam NaOH dapat mempertahankan hemiselulosa dalam padatan dengan meminimalkan interaksi dengan hemiselulosa, untuk meningkatkan hasil fermentasi dan menyederhanakan proses biokonversi. Hal ini sesuai dengan pendapat Anggoridi (1979), yang menyatakan bahwa hemiselulosa merupakan golongan zat karbohidrat yang tidak larut dalam air mendidih, tetapi larut dalam alkali encer dan hancur dalam asam encer. Berkebalikan dengan selulosa, hemiselulosa memiliki struktur acak dan amorf sehingga lebih mudah dihidrolisis dibandingkan dengan selulosa yang memiliki struktur kristal (Taherzadeh dan karimi, 2008). Rantai hemiselulosa lebih mudah dipecah menjadi komponen gula penyusunnya dibandingkan dengan selulosa (Riyanti, 2009).
Hasil analisis kandungan lignin berbagai ukuran dan waktu perlakuan dapat dilihat pada gambar 3. Pada ukuran 20 mesh dengan waktu pemanasan 40 menit menunjukkan bahwa kandungan lignin yang tersisa pada berbagai waktu perubahan lebih rendah dibandingkan dengan proses pada waktu 20 dan 30 menit.
Gambar 3. Histogram rerata kandungan lignin jerami padi
Pada kondisi waktu proses pretreatment 40 menit dengan ukuran bubuk jerami padi 20 mesh didapatkan nilai kandungan lignin paling rendah dalam penelitian ini. Nilai kandungan lignin pada proses sebelum dan sesudah pretreatment mengalami penurunan dari 7.93% menjadi 3.29%.
Adanya penambahan NaOH pada proses pretreatment dapat menurunkan kandungan lignin yang cukup besar, karena reaksi pemutusan ikatan lignin menjadi lebih cepat. Selain itu, interaksi microwave
dengan bahan pada saat pretreatment, akan menghasilkan efek termal yang akan digunakan untuk melakukan proses fisik, kimia atau biologi. Efek panas merupakan respon dari molekul polar dan ion untuk mengubah arah dari medan listrik yang dihasilkan oleh gelombang elektromagnetik pada frekuensi
microwave. Molekul polar melurus diluar medan elektromegnetik, namun oscillating (gerakan bolak-balik) medan listrik dari radiasi microwave menyebabkan molekul polar bervibrasi dengan cepat sebagai akibat lignin yang melurus dalam medan listrik. Vibrasi ini menyebabkan gesekan antar molekul polar dan medium disekitarnya dan sistem menjadi panas (Keshwani, 2009). Karena gelombang mikro telah mampu memecah struktur lignin yang kompleks menjadi struktur-struktur penyusunnya yang lebih sederhana (gelombang mikro digestion). Sehingga, kandungan lignin dapat diturunkan dengan baik tanpa merusak struktur selulosa.
Struktur Mikro Jerami Padi
Pada penelitian ini, dilakukan pengujian mikrostruktur dengan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM) yang meliputi pengujian bahan sebelum dan sesudah proses pretreatment jerami padi. Jerami padi sesudah pretreatment diambil perlakuan terbaik, yaitu jerami padi ukuran 100 mesh dengan waktu pemanasan selama 40 menit. Hal ini dilakukan untuk mengetahui perubahan fisiologis jerami padi akibat adanya pretreatment dengan microwave. Gambar perbandingan struktur mikro jerami padi
0 2 4 6 8 10 20 30 40 Li gn in (% ) waktu (menit) 20 mesh 50 mesh 100 mesh Kontrol
18
sebelum proses pretreatment dan hasil dari perlakuan optimal proses pretreatment pada berbagai perbesaran dengan SEM dapat dilihat pada Gambar 4.Gambar 4. Hasil pencitraan SEM penampang melintang bahan : (A) Jerami padi sebelum perlakuan
pretreatment perbesaran 2000x, (B) Jerami padi setelah perlakuan pretreatment perbesaran 2000x, (C) Jerami padi sebelum perlakuan pretreatment perbesaran 5000x, (D) Jerami padi setelah perlakuan
pretreatment perbesaran 5000x.
Perbedaan hasil antara jerami padi sebelum pretreatment dengan sesudah pretreatment terlihat pada Gambar 4. Gambar 4A dan 4C memperlihatkan struktur sel jerami padi sebelum di pretreatment
dengan microwave. Hasil foto SEM menunjukkan bahwa jerami padi mengalami perubahan struktur. Terlihat dengan jelas bahwa struktur jerami padi masih berbentuk bongkahan besar. Dengan variasi ukuran partikel yang belum homogen, ada yang masih berukuran kecil ada juga yang berukuran sangat besar. Ukuran partikel jerami padi terlihat pada gambar berkisar antar 20-30 µm. Struktur lignin pada jerami padi terlihat masih sangat besar yaitu berupa bongkahan-bongkahan. Pada perbesaran 5000x terlihat lebih jelas struktur lignin jerami padi yang berbentuk bongkahan besar yang mengandung lebih banyak bahan organik, tidak seragam (amorf) dan lebih kompak. Kemudian setelah dipretreatment seolah-olah permukaannya terbuka karena jaringan pada permukaan luar rusak dan putus, sehingga permukaannya terbuka dan menjadi tidak kompak lagi. Terbukanya permukaan luar jerami padi akan memudahkan hidrolisis selulosa menjadi glukosa, karena selulosa yang akan terhidrolisis tidak hanya selulosa pada bagian luar saja, tetapi juga pada selulosa bagian dalam, sehingga diharapkan akan menghasilkan glukosa yang lebih optimal.
Struktur sel jerami padi setelah perlakuan pretreatment microwave dengan frekuensi 2450 MHz dan daya 950 watt ditampilkan pada Gambar 4B dan 4D. Pada kondisi operasi pretreatment dengan
microwave kerusakan struktur sel terjadi, struktur lignin telah terdegradasi dengan ditunjukkan oleh adanya perubahan ukuran partikel yang menyerupai serat-serat. Pada Gambar 4 dapat dilihat bentuk molekul yang berubah dari kondisi sebelum proses pretreatment. Hal ini dimungkinkan karena lignin telah terbuka dan mampu memecah karbohidrat yang ada pada jerami padi yang di dalamnya terkandung selulosa dan hemiselulosa. Proses pretreatment dengan microwave dapat memperbesar akses area jerami padi untuk proses enzimatik selanjutnya. Semakin besar akses area yang ada, diharapkan glukosa yang dihasilkan oleh selulosa akan semakin meningkat sehingga pada akhirnya akan memperbesar perolehan yield etanol.
Perbandingan dengan Penelitian Terdahulu
Berikut ini adalah perbandingan hasil peningkatan kandungan selulosa dan penurunan kandungan lignin jerami padi penelitian terdahulu dengan penelitian sekarang dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Perbandingan Hasil Pretreatment Jerami Padi
Perlakuan Peningkatan
Selulosa (%)
Penurunan
Lignin (%) Referensi
Autoclave dengan NaOH, Tekanan
304.5 Kpa (60 menit) 2.7 5.86 (Rokhmah, 2011) Pretreatment Na2SO3-microwave (30 menit) 23.5 4.6 (Phutela, 2011)
Pretreatment Alkali NH3 (70 menit) 25.4 4.0
(Verma et.al.,
19
(Sumber : Hasil Penelitian)
Pada perbandingan macam-macam metode pretreatment terdahulu dapat dibandingkan dengan hasil penelitian sekarang pada ukuran 100 mesh dengan waktu operasi 40 menit. Jika dibandingkan dengan penelitian terdahulu yaitu pretreatment microwave dengan penambahan Na2SO3, NH3, maupun dengan FeCl3, penelitian jerami padi dengan microwave-NaOH pretreatment didapatkan hasil peningkatan selulosa yang lebih tinggi. Meskipun dalam menurunkan kandungan lignin masing-masing metode yang digunakan dalam penelitian terdahulu memiliki kelebihan masing-masing, tetapi indikator yang diukur dari keberhasilan proses pretreatment ini juga ditentukan oleh hasil selulosa yang didapatkan. Artinya dalam proses pretreatment degradasi lignin diharapkan tidak ikut merusak kandungan selulosa jerami padi itu sendiri. Dalam microwave-NaOH dengan berbagai kondisi
pretreatment, pada perlakuan terbaik memberikan hasil selulosa secara signifikan lebih tinggi, karena NaOH mampu untuk mendegradasi lignin dari struktur selulosa. Adanya penambahan NaOH dapat menurunkan kandungan lignin yang cukup besar, karena terjadi reaksi pemutusan ikatan lignin menjadi lebih cepat. Pretreatment bahan lignoselulosa dengan penambahan NaOH mengarah pada penurunan derajat polimerisasi kristalinitas, peningkatan luas permukaan internal, terganggunya struktur lignin, dan pemisahan struktural antara lignin dan karbohidrat.
Kesimpulan
Penelitian yang dilakukan tentang pemanfaatan iradiasi gelombang mikro untuk memaksimalkan proses pretreatment degradasi lignin jerami padi dapat diambil kesimpulan yaitu :
1. Iradiasi gelombang mikro memberikan pengaruh terhadap kandungan selulosa, hemiselulosa dan lignin yaitu dapat menghasilkan selulosa yang lebih tinggi yaitu dari 30.38% - 72.70% dan dapat mengurangi kandungan lignin dari 7.93% - 3.66% serta penurunan hemiseulosa dari 18.49% - 16.93%.
2. Perlakuan ukuran dan waktu memberikan pengaruh terhadap hasil pretreatment, dimana pada ukuran jerami padi paling kecil dan waktu pemanasan paling lama, hasil yang diperoleh lebih maksimal. Yaitu pada jerami padi ukuran 100 mesh dengan waktu operasi 40 menit didapatkan selulosa sebesar 72.70%.
3. Hasil perlakuan maksimal diperoleh pada perlakuan pretreatment jerami padi ukuran 100 mesh dengan waktu operasi 40 menit dengan nilai masing-masing parameternya sebagai berikut : peningkatan selulosa sebesar 42.32% (dari 30.38% - 72.70%), penurunan lignin sebesar 4.27% (dari 7.93% - 3.66%) dan hemiselulosa sebesar 1.56% (dari 18.49 – 16.93%).
DAFTAR PUSTAKA
Datta, A., A. Betterman, dan T.K. Kirk. 1981. Identification of Specific Manganese Peroxidase Among Lignolitic Enzym Secreted by Phanerochaete Chrysosporium During Wood decay, Appl. Environ. Microbiol. 57 : 1453 – 1460.
Hu G, Heitmann JA, Rojas OJ. 2008. Feedstock Pretreatment Strategies for Producing Ethanol from Wood, Bark, and Forest Residues. Bioresouces 3:270-294.
Keshwani, Deepak Radhakrishin. Microwave Pretreatment of Switchgrass for Bioethanol Production.
(under the direction of Jay J.Cheng).by ProQuest LLC.789 East Eisenhower Parkway.United States Code.(2009).
Lü J, Zhou P (2002). Optimization of Microwave-assisted FeCl3 Pretreatment Conditions of Rice Straw and Utilization of Trichoderma viride and Bacillus pumilus for Production of Reducing Sugars.
Bioresour. Technol., 102: 6966-6971.
Microwave Pretreatment Alkali NH3
(30 menit) P=700 W 29.2 5.1
(Verma et.al.,
2011)
Microwave Pretreatment dengan katalis FeCl3, ukuran jerami padi 60 mesh, P= 800 W (19 menit) 160oC
41.6 2.3 (Lu dan Zhou,
2011) Microwave-NaOH pretreatment
ukuran 100 mesh (40 menit) P =
950 W 89oC
42.32 4.27 Hasil
20
Pandoyo, S. T. 2000. Pembuatan keripik Pepaya Dengan Vaccum Frying Kajian Lama Perendaman Dalam Larutan CaCl2 dan Lama Pembekuan Terhadap Sifat Fisiko-kimia dan Organoleptik.Skripsi. Jurusan Teknologi Hasil Pertanian. Fakultas Teknologi Pertanian. UB. Malang.
Patel S.J., R. Onkarappa, dan K.S. Shobha. 2007. Study of Ethanol Production from Fungal Pretreated Wheat and Rice Straw. The Internet Journal of Microbiology 4 (1):www.ispud.com
Perez.,Balesteros I.,Balesteros M., Saez F., Negro M.J., Manzanares P. 2008. Optimizing Liquid Hot Water Pretreatment Condition to Enhance Sugar Recovery from Wheat Straw for Fuel-Ethanol Production. Fuel 88, pp.3640-3647. Department of Renewable Enrgyies.
Phutela U, Kaur K, & Khattra S. Pretreatment of Paddy Straw for Energy Use. Punjab Technical University, Jalandhar. (2011).
Riyanti, E.I., (2009). Biomassa Sebagai Bahan Baku Bioetanol. Jurnal Litbang Pertanian. 28(3) (In Indonesian).
Rokhmah, I. 2011. Pengaruh Pretreatment (Delignifikasi) Bertekanan terhadap Kandungan Bubuk Jerami Padi Giling pada Produksi Bioetanol. Skripsi. Jurusan Keteknikan Pertanian, Universitas Brawijaya : Malang.
Saha B C, Cotta M A. Ethanol Production From Alkaline Peroxide Pretreated Enzymatically Accharified Wheat Straw. Biotechnol Progr, 2006; 22: 449 – 453.
Sudarmadji, S. 1989. Analisa Bahan Makanan Dan Pertanian. Penerbit Liberty Dan PAU Pangan Dan Gizi UGM. Yogjakarta.
Taherzadeh, M.J. dan Karimi. Enzyme-based hydrolysis processes for ethanol from lignocellulosic materials: a review.2008.BioResources.Vol. 2, pp. 707-738.
Verma A, Kumar S & Jain P. Key Pretreatment Technologies On Cellulosic Ethanol Production. Journal of Scientific Research. Bananas Hindu University, Varanasi 57-03. (2011).
Wijajaseputra, I. A. 2010. Peran Amilosa Dan Seberapa Kondisi Proses Pada Karateristik Kulit Lumpia Beras Basah. Desertasi. Fakultas Pertanian. Universitas Brawijaya. Malang.
