Dampak perubahan waktu Fermentasi, volume ragi dan massa
substrat batang pisang semu pada potensi sakarifikasi simultan dan
fermentasi siput tanah Afrika
Latar belakang penelitian ini yaitu mendorong penggunaan sumber energy alternative agar tidak menimbulkan masalah polusi udara karena berkuragnya emisi ke biosfer dan energy alternative lebih ramah lingkungan. Penelitian ini menggunakan limbah batang pisang semu, yaitu bagian dalam dari batang pisang yang mengandung selulosa. Limbah lignoselulosa ditemukan dapat dimanfaatkan untuk energi listrik dan biofuel. Pisang adalah salah satu keluarga Musaceae. Tanaman dapat dipanen setelah 4 bulan, setelah panen, batang pisang dibiarkan membusuk begitu saja. Bagian dalam batang pisang yang mengandung banyak air, terdiri dari filamen selulosa yang terikat oleh lignin dan hemiselulosa. Limbah batang pisang selama ini hanya dimanfaatkan ebagai pembuatan warna alai dan sebagai obat herbal, namun dengan kandungan serat yang cukup tinggi, sangat disayangkan limbah tersebut tidak dimanfaatkan secara optimal. Pemanfaatan limbah batang semu pisang untuk memproduksi etanol sebagai lignoseulosa untuk mengatasi keterbatasan biofuel tanpa menyebabkan ketersediaan pangan dan keanekaragaman hayati, ini berarti, penggunaannya dapat digunakan sebanyak mungkin untuk memproduksi bioetanol. Namun dalam penelitian ini masih terdapat kesulitan pada bahan baku, selain itu, kandungan glukosa yang berguna, terkunci oleh lignin, hemiselulosa dan selulosa.
Langkah-langkah dalam penelitian ini yaitu Pretreatment, degradasi enzimatik, fermentasi, dan isolasi etanol. Pretreatment bertujuan untuk menghilangkan lignin dan hemiselulosa. Degradasi dari selulosa cenderung sulit dilakukan karena adanya lignin. Pretreatment dianggap berhasil apabila dapat mendegradasi lignin tanpa menghilangkan komponen selulosa. Lignin dapat menyebabkan penghambatan kerja mikroorganisme yang berperan dalam fermentasi gula dan selulosa menggunakan enzim. Sakarifikasi mengacu pada sintesis monosakarida dari degradasi enzimatik polisakarida kompleks. Secara historis, selulosa akan cepat terdegradasi menjadi cellobiose oleh enzim selulase. Archachatina marginata (siput tanah afrika) ditemukan banyak mengandung enzim hidrolitik seperti tripsin, lipase, alpha-glukosidase, protease dan selulosa yang terdapat pada cairan pencernaan (cairan luminal usus). Sintesis inhibitor fermentasi menjadi kelemahan utama dari biokonversi lignoselulosa sehingga peneiti mencari sumber tanaman yang dapat menghambat enzim yang mensintesis inhibitor fermentasi tersebut. Rabinkov et,al mengemukakan bahwa bawang putih terbukti dalam mencegah sintesis asetaldehid dari etanol dengan menghambat selektif alcohol dihidrogenase dan secara efektif menginduksi efek antimikroba.
Bahan dan Metode
Sampel batang pisang semu diambil dari pertanian di Negara L.G.A Imo, dari tanaman yang telah dipanen dan dibiarkan slama 5-7 hari, bawang putih yang digunakan untuk menghambat sintesis inhibitor fermentasi, siput afrika yang telah diteliti di Imo State University di Owerri
- Batang pisang semu dipotong dengan pisau lalu dikeringkan dengan oven pada 50oC kemudian ditumbuk menggunakan mesin penggiling dan disaring dengan
saringan stainless steel 0,5mm. bawang putih ditumbuk halus dan dicampurkan dengan batang isang semu yang telah ditumbuk halus.
- Siput Africa dipisahkan menjadi 8 kelompok, masing-masing dimasukkan ke dalam wadah plastic yang diberi lubang. Siput tidak diberi makan dan minum selama 72 jam, kemudian bawang putih dimasukkan ke wadah siput untuk iritan dan dibiarkan lagi selama 72 jam. Cairan pencernaan dan lender akan menetap dibagian bawah wadah lalu dipindahkan ke gelas kimia. Siput kemudian dipotong untuk mengambil otot pada kaki untuk mensekresi lender sehingga cukup untuk percobaan
- Sampel pisang biomassa batang semu untuk pra-perawatan terendam dalam 500 ml air dalam fabrikasi tangki pemanas stainless steel dengan ketebalan 0,05 inci dengan total volume 1 dm3 dan pengaduk dipasang pada tutupnya. Pemanasan tank didirikan pada mantel electrothermal pemanas dan diperbolehkan Merebus. Pada awal mendidih, stop watch telah disesuaikan untuk diperlukan waktu mendidih dan setelah waktu ini pemanas berubah off dan tangki pemanas dibiarkan dingin.
- Untuk labu Erlenmeyer berlabel, sampel limbah pisang batang semu dan bawang putih ditambahkan. Kemudian untuk substrat, ekstrak pencernaan dan bubur ragi ditambahkan. Campuran tersebut dimasukkan ke labu ukur dan diblender selama 15 menitmmemastikan homogenitas campuran. Setelah 15 menit pencampuran, campuran itu ditransfer kembali ke labu Erlenmeyer, tertutup dan dibiarkan berdiri selama 24 jam dari waktu, sesekali melepaskan akumulasi CO2. Pada mencapai periode fermentasi 24 jam, campuran itu diayak menggunakan kain saringan dan residu dibuang sementara filtrat disiapkan untuk distilasi lanjut. filtrat dikumpulkan dalam gelas selanjutnya disentrifugasi Analisa
Konsentrasi etanol diperkirakan dengan spektrofotometri. Tepat 1 ml dari distilat dimasukkan ke distilasi labu yang didalamnya terdapat 30 ml air suling, dan untuk itu menambahkan 25 ml larutan kalium dikromat (diperoleh dari campuran 34 g kalium dikromat dalam 500 ml air suling dan 325 ml conc. H2SO4, semua dibuat untuk 1000 ml). Dua puluh mililiter campuran yang dihasilkan ditransfer ke tabung uji dan diinkubasi dalam bak air di 60 oC untuk 20 menit dan setelah itu didinginkan pada suhu kamar dan Volume dibuat sampai 50 ml. Dari ini, 5 ml diukur keluar dan diencerkan dengan 5 ml air suling dan absorbansi ditentukan pada 600 nm menggunakan spektrofotometer. Konsentrasi etanol ditentukan dari standar kurva digambar menggunakan etanol absolut, sedangkan yield etanol dihitung menggunakan metode Yoswathana dan Phuriphipat
Hasil
Hasil kadar selulosa, jumlah gula pereduksi dan persentase sakarifikasi diturunkan dari limbah batang semu pisang menggunakan 250 ml jus pencernaan bekicot, dan 100 ml S. Cerevisiae isi selulosa setidaknya diperoleh setelah pretreatment dari 50 g PPS dan menambahkan siput jus pencernaan dan ragi, adalah 9,1% ± 0,8, sementara tidak ada perubahan signifikan tercatat untuk kedua kadar selulosa dan jumlah gula pereduksi, pada kenaikan dari biomassa pisang dari 250g 350g. Hasil ini dalam perjanjian dengan
laporan bahwa pada konsentrasi substrat yang sangat rendah, yang kelaparan ragi dan produktivitas menurun.
Secara umum, penambahan ekstrak pencernaan bekicot memiliki korelasi positif dengan reduksi gula. Hasil pada Tabel 2 menunjukkan efek dari perubahan dalam massa pisang pseudo-batang limbah pada volume distilat, menghasilkan etanol dengan volume, menggunakan 250 ml jus siput pencernaan, 100 ml dari ragi, dan 4 g bawang putih selama 24 jam. Hasil yang diperoleh dalam penelitian ini ketika massa pisang limbah batang semu adalah 250 g. Tidak ada perubahan signifikan hasil rekaman antara massa 300 g dan 350 g untuk mendapatkan konsentrasi gula tinggi selama bioetanol industri produksi karena potensi untuk meningkatkan konsentrasi etanol yang dihasilkan setelah selesainya proses fermentasi.Namun ia mengamati bahwa konsentrasi gula atas jumlah yang optimal kompromi kelangsungan hidup sel ragi dengan mengekspos mereka untuk stres osmotik yang tinggi, sehingga mempengaruhi kinerja fermentasi. Juga, diamati bahwa persentase etanol volume tetap tidak berubah sebagai sumber selulosa meningkat 150-350 g, menunjukkan jumlah yang cukup gula difermentasi untuk jumlah ragi yang tersedia per waktu fermentasi (24 h). Dari hasil yang ditunjukkan pada Gambar. 1 untuk hasil etanol berbagai massa limbah pisang batang semu menggunakan 250 ml dari SDJ dan 100 ml ragi, peningkatan biomassa dari 50 g 150 g akibatnya meningkatkan hasil etanol yang tetap cukup seragam massa substrat meningkat 350 g. Pemotongan yang keseragaman dicapai sebagai massa substrat mencapai 350 g dari 250 g, ditunjukkan pada Gambar. 1. Hasil efek dari variasi dalam volume bir ragi pada konten selulosa, mengurangi gula, dan sakarifikasi menggunakan 250 g limbah pisang batang semu, 250 ml dari jus pencernaaan siput dan 4 g / 6 g bawang putih selama 24 jam ditunjukkan pada Tabel 3. Isi selulosa residual tidak terpengaruh oleh variasi dalam jumlah ragi yang digunakan dengan demikian menunjukkan ragi yang mungkin tidak memanfaatkan selulosa. Namun, jumlah gula pereduksi secara signifikan menurun dengan penambahan 50 ml ragi bubur, mencapai keseragaman pada 200 ml ragi (29,9 ± 1,1 mg / ml). Tidak ada perubahan signifikan tercatat untuk residual mengurangi isi gula, antara setup eksperimental mengandung 150 ml dan 200 ml ragi. Namun, itu mengamati bahwa peningkatan massa bawang putih dari 4 g sampai 6 g secara signifikan menurun jumlahnya mengurangi gula (24,7 ± 0,3) menunjukkan bahwa penambahan bawang putih ditingkatkan pemanfaatan gula oleh ragi. Dari hasil pada Tabel 3, diharapkan jumlah gula pereduksi awal adalah di atas dicatat nilai-nilai dari kandungan gula residu. Hasil ini di perjanjian dengan temuan Hashem et al. [24] yang dilaporkan bahwa produktivitas produsen etanol sedikit menurun ketika konsentrasi gula meningkat hingga 30 atau 35%. Reddy et al. [41] melaporkan bahwa peningkatan konsentrasi gula akan menurunkan pemanfaatan gula, yang hasil dalam pengurangan dari total produksi etanol. Penurunan ini bisa disebabkan oleh beberapa alasan termasuk produksi senyawa lain seperti gliserol atau asam asetat. Juga, etanol intraseluler, yang dapat ditingkatkan dengan meningkatkan produksi etanol pada konsentrasi gula tinggi, diberikannya tinggi toksisitas pada ragi dan gizi mungkin kekurangan di final tahap fermentasi [46]. Semua faktor ini menyebabkan berhenti proses fermentasi dan pembentukan etanol di final tahap fermentasi. sakarifikasi optimal dicapai menggunakan 50 ml bubur ragi. Efek dari berbagai volume ragi pada volume distilat diproduksi, persentase hasil dan persentase etanol dengan volume, menggunakan 250 g pisang limbah batang semu, 250 ml jus
pencernaan bekicot dan 4 g / 6 g bawang putih selama 24 jam yang ditunjukkan pada Tabel 4.
Hasil pada efek dari peningkatan ragi konsentrasi pada tingkat fermentasi mengungkapkan bahwa meskipun ada berbagai volume dimana ragi (Enzim) terlihat aktif, ada kisaran sempit di mana aktivitas maksimum, dipantau melalui volume yang dihasilkan dan persentase etanol volume untuk setiap distilat. Etanol menyebabkan penghambatan viabilitas sel dan pertumbuhan, dan tingkat fermentasi, tergantung pada makhluk parameter dinilai ]. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa dengan meningkatkan volume ragi dari 150 ml sampai 200 ml tidak menyebabkan signifikan mengubah volume yang dihasilkan dari distilasi dan persentase etanol volume, tapi disebabkan sintesis asam asetat 200 ml dengan 4 g bawang putih. Sintesis asam asetat karena peningkatan volume etanol adalah sesuai dengan saran bahwa meskipun kapasitas untuk mentolerir etanol tergantung ketegangan, Saccharomyces sp. Diputuskan tidak mampu untuk mentoleransi konsentrasi sederhana etanol [49] [9]. Casey dan Ingledew [11] mengamati bahwa pada etanol konsentrasi 20% (v / v) kapasitas S. cerevisiae untuk mengalami fermentasi dihambat tapi hambatan pertumbuhan ragi terjadi pada konsentrasi yang jauh lebih rendah. Hipotetis, etanol harus dihambat alkohol dehidrogenase 1 dan diaktifkan alkohol dehidrogenase 2 bertanggung jawab untuk oksidasi etanol menjadi asetaldehida dan oksidasi lebih lanjut menjadi asam asetat dengan aldehida dehidrogenase. Menyusul peningkatan konsekuensi massa bawang putih dengan 2 g (yaitu dari 4 g sampai 6 g) dari hasil penelitian ini ditunjukkan pada Tabel 4, dapat dilihat bahwa formasi asam asetat dihambat dengan signifikan seiring (P <0,05) peningkatan volume distilat tetapi tidak untuk persentase hasil etanol. Satu akan menyarankan dari ini bahwa peningkatan kandungan allicin dari 4 g untuk 6 g bawang putih memungkinkan konten allicin yang sebelumnya tidak cukup pada 4 g untuk menghambat peningkatan konsentrasi aldehida dehidrogenase dibawa oleh penindasan alkohol dehidrogenase 1 oleh etanol. Lebih lanjut menunjukkan bahwa ketika massa bawang putih meningkat menjadi 6 g, peningkatan yang signifikan dalam volume distilat diperoleh, dengan tidak ada peningkatan lebih lanjut dalam kadar etanol yang dihasilkan dari peningkatan volume ragi untuk 250 ml pada 6 g bawang putih. Tingkat ini menyiratkan biomassa optimal untuk ragi rasio bawang putih untuk produksi etanol. Hasil hasil etanol dari fermentasi limbah PPS dengan jumlah yang bervariasi dari bubur ragi, ditunjukkan pada Gambar. 2 menunjukkan bahwa fermentasi optimal dicapai dengan menggunakan 200 ml ragi dengan 6 g bawang putih yang tetap cukup seragam dengan hasil diperoleh dengan menggunakan 250 ml ragi dan 6 g bawang putih. Namun, Kenaikan jelas dalam yield etanol ditunjukkan pada selisih dari bawang putih digunakan dari 4 sampai 6 g. Osunkoya dan Okwudinka [35] setelah fermentasi kultivar singkong yang berbeda sama melaporkan bahwa meningkatkan jumlah ragi yang digunakan mempengaruhi yield etanol diproduksi. Namun, telah dilaporkan bahwa peningkatan kuantitas ragi tidak mendukung proses fermentasi awalnya tetapi dengan terus meningkatnya, aktivitas ragi meningkatkan sehingga meningkatkan hasil [35]. pengamatan ini kontras dengan temuan penelitian ini hadir untuk PPS di mana peningkatan awal dan terus-menerus dalam yield etanol adalah tercatat sampai hasil etanol yang seragam diperoleh antara 200 ml dan 250 ml seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2. Dasar penurunan di tingkat fermentasi yang dihasilkan dari peningkatan kuantitas ragi dari 200 ml sampai 250 ml tidak sepenuhnya dipahami. Bukti memiliki
telah mengumpulkan yang menunjukkan bahwa penurunan fermentasi Kegiatan tidak hanya dapat dikaitkan dengan kehadiran etanol. Dombek dan Ingram [16] mengemukakan bahwa dengan menghapus kaldu fermentasi yang mengandung etanol dengan media segar dan menggantinya dengan satu etanol kurang tidak mengembalikan aktivitas fermentasi segera. penyelidikan lebih lanjut adalah dengan demikian diperlukan untuk memastikan penyebab penurunan dalam pertumbuhan sel ragi tersebut. Mirip dengan efek volume bervariasi ragi yang digunakan, disajikan pada Tabel 4, isi selulosa tidak terpengaruh oleh variasi dalam periode fermentasi, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 5, sementara jumlah gula pereduksi terus meningkat dengan kenaikan pada periode fermentasi dari 24 jam menjadi 96 jam. Tidak ada yang signifikan perubahan jumlah gula pereduksi diperoleh kenaikan sampai 120 h fermentasi, menunjukkan fermentasi optimal periode menjadi 4 hari. Ado et al. [3] sama melaporkan terus menerus penurunan yang signifikan dalam jumlah gula pereduksi sebagai periode fermentasi meningkat. Pengaruh berkurang konsentrasi gula dan penghambatan etanol menjadi Namun penting setelah waktu fermentasi optimum. Fermentasi terus pada tingkat yang menurun sampai mendatar antara 4 dan 5 hari, seperti yang ditunjukkan oleh jumlah statistik yang sebanding mengurangi gula diperoleh setelah 96h dan 120 jam fermentasi (Tabel 5). waktu fermentasi juga bervariasi tergantung pada strain ragi, dan substrat digunakan sebagai sumber gula. Arifa et al. [7] menunjukkan analisis yang sama konsentrasi gula sisa dari tetes tebu yang difermentasi oleh S. cerevisiae, mengurangi dengan peningkatan lebih lanjut dalam jangka waktu yang menghasilkan stabil penurunan produksi etanol. Ara. 2 menunjukkan hasil etanol dari setup fermentasi yang mengandung 200 ml ragi, 250 g pisang semu limbah, 250 ml jus pencernaan bekicot dan 6 g bawang putih. Sebuah kenaikan mantap jelas dalam yield etanol tercatat dengan masing-masing peningkatan periode fermentasi sampai 96 jam. Dari hasil disajikan pada Gambar. 2, fermentasi optimal untuk ethanol yield tercatat sebesar 96 h. Demikian pula, Ado et al. [3] dilaporkan meningkat secara bertahap dalam hasil etanol yang dihasilkan dari fermentasi pati singkong, tapi namun dicatat optimal fermentasi pada hari kelima. Hasil penelitian ini adalah juga sesuai dengan laporan dari Osunkoya dan Okwudinka, [35] yang mengemukakan peningkatan yield etanol dengan meningkatkan periode fermentasi. Itelima [27] melaporkan bahwa yield etanol secara bertahap meningkat sebagai periode fermentasi meningkat dari hari pertama sampai hari ketujuh yang tidak bisa disimpulkan dari studi ini, bagaimanapun, sedikit penurunan itu jelas sebagai periode fermentasi mendekati 120 h seperti yang ditunjukkan pada Gambar.3. Tabel 6 menunjukkan efek dari berbagai periode fermentasi pada volume distilat, persentase hasil dan persentase etanol dengan volume, menggunakan 200 ml ragi, 250 g limbah batang pisang semu, 250 ml jus pencernaan bekicot dan 6 g bawang putih. kenaikan terus menerus dalam waktu fermentasi menyebabkan peningkatan yang signifikan dalam jumlah etanol yang dihasilkan 24-96 jam. Tidak ada perubahan signifikan tercatat di konsentrasi etanol pada kenaikan periode fermentasi 96-120 jam, namun ada penurunan yang signifikan volume distilat yang diperoleh, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 6. Waktu fermentasi adalah faktor yang sangat penting dari sudut pandang ekonomi dalam produksi etanol [24].
Kesimpulan
Dengan memvariasikan substrat massa difermentasi oleh ragi setelah penambahan jus pencernaan, yang terbaik kadar etanol 25% ± 3,6 di 125,6 ml ± 3,5 distilat, 42,0% ± 0,3
sisa selulosa dan 36,6 mg / ml ± 2.0 diperoleh dengan menggunakan 250 g PPS. Kadar etanol optimal yang dihasilkan dari PPS difermentasi dengan bervariasi Isi ragi adalah 28,0% ± 1,0 w / v dari 182,3 ml ± 49 di 200 ml dengan 6 g bawang putih, sedangkan fermentasi yang paling cocok periode menghasilkan kadar etanol dari 79,3% ± 1,5 dari 98,3 ml ± 5,7 distilat setelah 96 h. Ini dengan demikian menunjukkan bahwa faktor-faktor ini yang mencakup variasi dalam massa substrat, Volume ragi dan fermentasi waktu, semua kontribusi yang signifikan
