Pemanfaatan alang-alang (Imperata cylindrica (L.) Raueschel) sebagai substrat selulosa dalam produksi bioetanol

Alang-alang (Imperata cylindrica (L.) Raueschel) as a cellulose substrates in bioethanol production

Student: Arry setya purnaning

Thesis (2010), Master’s program In Biotechnology, School of Life Sciences and Technology-ITB, email: purnaning-s2@sith.itb.ac.id Advisor: Dr. Dea Indriani Astuti

School of Life Sciences and Technology-ITB, email: dea@sith.itb.ac.id Degree: Magister Sains (M.Si), Conferred April 2010

Abstract

Bioethanol is one of renewable energy which is developed today. The most of feedstock used to bioethanol production is sugar and starch based materials. The problems of this condition are the high demand of its material in energy makes increasing the price in food’s material too. Alang-alang (Imperata cylidrica (L.) Raueschel) are the most common grass that can be found in all around the world which is potential as a source of lignocellulolytic substrate for bioethanol production. There are three main steps in bioethanol cellulose production: substrate pretreatment, cellulose to glucose enzymatic hydrolysis conversion, and alcoholic fermentation by S. cerevisiae. T. reesei and T.

harzianum are used as the producer of cellulase; meanwhile A. niger is as the source of betaglucosidase. Crude cellulase extracts production is done by Solid State Fermentation (SSF) methods with 57-60% humidity of substrates, 10⁶ spores per mL per grams substrates as the inoculums in room temperatures (27±3^oC). The highest of CMCase activity of T. reesei was resulted in eight days (1,147 U/mL), and T. harzianum in ten days (2,224 U/mL), while the highest betaglucosidase activity was resulted in four days (0,0817 U/mL). Substrate pretreatments is done by NaOH 0,5 M (1:10, solid:liquid) pretreatment, 121^oC during 15 minutes. The aim of the optimizations of pretreatment process is to determine the appropriate process pretreatment (with and without aquades cleaning after pretreatment), then the substrate is used in saccharification process with three crude cellulase extracts that had been produced. The highest reducing sugars that equivalent to the amounts of glucose was resulted from the saccharification on substrate that without cleaning by aquades after pretreatment process (B treatment). The highest reducing sugars resulted from that process were: T. reesei at 24^thhours (0,12 mg/mL), T.

harzianum at 72^th (0,202 mg/mL), A. niger at 12^ve hours (0,0817 mg/mL). The results of that optimizations were then used to the basic of the optimization saccharification process using the mix of cellulase crude extracts (T. reesei (R): T. harzianum (H): A.

niger (N) used alone or together, simultaneously or not simultaneously process which is used on 12 or 24 hours after the others of cellulase crude extracts. The highest of reducing sugars in this optimization are resulted from saccharification using mix cellulases crude extracts treatment. The treatments that result the highest reducing sugar are: H+R treatment at 12^ve hours (0,353 mg/mL), H+N (0,320 mg/mL), H+R (12) (0,351 mg/mL), and H+N (24) (0,347 mg/mL) treatment at 24^th hours. Its results are then used for alcoholic fermentation by S. cerevisiae. The highest bioethanol (4,59 % v/v) was resulted from alcoholic fermentation at 24^th on hidrolysate of alang-alang saccharification which use cellulases crude extract T. harzianum and A. niger simultaneously (H+N treatment).

Keywords: Alang-alang, Imperata cylindrica, bioethanol, lignocelullose, crude cellulase extract, T. harzianum, T, reesei, A. niger, solid state fermentation

Pemanfaatan alang-alang (Imperata cylindrica (L.) Raueschel) sebagai substrat selulosa dalam produksi bioetanol

Mahasiswa: Arry Setya Purnaning

Tesis (2010), Program Studi Magister Bioteknologi Sekolah Ilmu dan Teknologi Hayati ITB, email: purnaning-s2@sith.itb.ac.id

Pembimbing: Dr. Dea Indriani Astuti

Sekolah Ilmu dan Teknologi Hayati ITB, email: odemere@sith.itb.ac.id Gelar: Magister Sains (M.Si), Wisuda April 2010

Abstrak

Bioetanol merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang saat ini sedang dikembangkan. Substrat produksi bioetanol dari jagung atau singkong menimbulkan adanya benturan kebutuhan antara sumber pangan dan energi. Alang-alang (Imperata cylindrica (L.) Raeuschel) merupakan sumber selulosa yang melimpah di alam, dan belum dimanfaatkan secara optimal. Pemanfaatan daun alang-alang sebagai substrat selulosa dalam produksi bioetanol melalui tiga langkah utama, yaitu pretreatment substrat, hidrolisis enzimatik selulosa menjadi glukosa, dan fermentasi alkohol oleh S.

cerevisiae. Trichoderma reesei dan Trichoderma harzianum, digunakan sebagai sebagai penghasil enzim selulase, sedangkan Aspergillus niger sebagai penghasil enzim beta- glukosidase. Produksi ekstrak kasar selulase dilakukan dengan metode fermentasi padat (solid state fermentation) dengan kelembaban substrat 57%, dengan jumlah inokulum 10⁶ spora per gram substrat, diinkubasi pada suhu ruang (27±3^oC). Aktivitas CMCase tertinggi T. reesei diperoleh pada hari kedelapan (1,147 U/mL), T. harzianum pada hari kesepuluh (2,224 U/mL), sedangkan aktivitas beta-glukosidase A. niger tertinggi dicapai pada hari keempat (0,533 U/mL). Pretreatment substrat dilakukan dengan NaOH 0,5 M (1:10, padat:cair), 121^oC selama 15 menit. Proses optimasi pretreatment dilakukan untuk menentukan proses pretreatment paling sesuai (substrat alang-alang setelah pretreatment dicuci/tidak dicuci dengan air) kemudian disakarifikasi dengan tiga ekstrak enzim selulase yang berbeda. Gula pereduksi (ekivalen dengan glukosa) tertinggi hasil sakarifikasi setiap ekstrak selulase diperoleh pada substrat yang melalui proses pretreatment tanpa dicuci dengan air (perlakuan B). Gula pereduksi tertinggi yang dihasilkan dari hasil sakarifikasi setiap ekstrak selulase tersebut antara lain: T. reesei pada jam ke-24 (0,12 mg/mL), T. harzianum pada jam ke-72 (0.202 mg/mL), A. niger pada jam ke-12 (0,0817 mg/mL). Hasil optimasi tersebut selanjutnya digunakan sebagai dasar optimasi campuran ekstrak enzim selulase (T. reesei (R): T. harzianum (H): A.niger (N)) baik secara simultan pada T0 atau 12 jam atau 24 jam setelah ekstrak selulase yang

lain. Hasil sakarifikasi dengan gula pereduksi tertinggi dihasilkan pada sakarifikasi alang- alang menggunakan ekstrak selulase campuran. Perlakuan campuran ekstrak selulase yang menghasilkan gula pereduksi tertinggi tersebut antara lain: perlakuan H+R pada 12 jam (0,353 mg/mL), perlakuan H+N (0,320 mg/mL), H+R(12) (0,351 mg/mL), dan H+N(24) (0,347 mg/mL) pada 24 jam. Keempat perlakuan campuran ekstrak selulase tersebut kemudian digunakan dalam proses fermentasi alkoholik oleh S. cerevisiae.

Etanol tertinggi sebesar 4,59% (v/v) diperoleh dari fermentasi alkoholik oleh S.

cerevisiae selama 24 jam pada alang-alang hasil sakarifikasi menggunakan ekstrak selulase T. harzianum dan A. niger secara simultan (H+N).

Kata kunci: Alang-alang, Imperata cylindrica, bioetanol, lignoselulosa, ekstrak kasar selulase, T. harzianum, T, reesei, A. niger, solid state fermentation