i COVER
PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO DENGAN METODE PRETREATMENT ALKALI
ICE 410 – Penelitian
Disusun untuk memenuhi tugas akhir guna mencapai gelar sarjana di bidang Ilmu Teknik Kimia
oleh :
Rana Vinita (2013620095)
Pembimbing : Tony Handoko, ST, MT.
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN
BANDUNG
2017
iii
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan karena atas kasih dan anugerah-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan penelitian berjudul “Pemisahan Selulosa dan Lignin dari Buah Bintaro dengan Metode Alkali”. Adapun tujuan pembuatan penelitian ini yaitu untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh gelar strata satu di bidang ilmu teknik kimia.
Banyak hambatan yang dihadapi penulis selama proses penyusunan proposal antara lain dalam pencarian dan pengumpulan literatur, serta penyusunan menjadi suatu proposal. Maka dengan kerendahan hati penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada:
1. Tuhan YME yang telah memberikan berkat dan anugerah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan proposal penelitian tepat pada waktunya;
2. Tony Handoko selaku Dosen Pembimbing yang senantiasa memberikan petunjuk, dorongan, serta bimbingan kepada penulis;
3. Orang tua penulis yang telah mendukung penulis baik secara moril maupun materiil;
4. Teman-teman Teknik Kimia Universitas Katolik Parahyangan Angkatan 2013 serta pihak lain untuk dukungan dan bantuan selama penyusunan proposal dan laporan penelitian.
Penulis dengan terbuka menerima kritik dan saran dari semua pihak demi penyempurnaan penelitian ini. Akhir kata semoga penelitian ini dapat memberikan manfaat bagi para pembaca serta perkembangan ilmu pengetahuan.
Bandung, Juli 2017
Penulis
DAFTAR ISI
COVER ... i
LEMBAR PENGESAHAN ... Error! Bookmark not defined. SURAT PERNYATAAN ... Error! Bookmark not defined. LEMBAR REVISI ... iii
KATA PENGANTAR ... v
DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... ix
INTISARI ... x
ABSTRACT ... xi
BAB I ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Tema Sentral Masalah ... 6
1.3 Identifikasi Masalah ... 6
1.4 Premis ... 6
1.5 Tujuan Penelitian ... 8
1.6 Manfaat Penelitian ... 8
BAB II ... 9
2.1 Buah Bintaro ... 9
2.2 Bahan Baku Lignoselulosa ... 11
2.3 Ikatan-ikatan pada lignoselulosa ... 12
2.4 Komposisi Kimia Lignoselulosa ... 14
2.5 Metode Pemisahan Selulosa dan Lignin ... 17
2.5.1 Metode Fisika ... 19
2.5.2 Metode Fisika-Kimia ... 21
2.5.3 Metode Kimia ... 25
2.5.4 Metode Biologi ... 30
2.6 Pemilihan Metode Pretreatment Alkali ... 31
2.6.1 Mekanisme Pemisahan dengan Pretreatment Alkali... 32
2.6.2 Pemilihan Jenis Pelarut Alkali ... 34
2.7 Metode Analisa Pemisahan Selulosa dan Lignin ... 37
2.7.1 Metode Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) ... 37
2.7.2 Analisa Lignin dengan Metode Klason ... 38
2.7.3 Analisa Selulosa dengan Metode Norman-Jenkins Termodifikasi... 38
2.7.4 Analisa High Performance Liquid Chromatography (HPLC) ... 39
BAB III ... 40
3.1 Bahan ... 40
3.2 Peralatan ... 40
3.3 Prosedur Percobaan ... 41
3.3.1 Persiapan Bahan Baku ... 42
3.3.2 Pengecilan Ukuran Bahan Baku ... 42
3.3.3 Pemisahan Selulosa dan Lignin Buah Bintaro dengan Metode Alkali ... 43
vii
3.4 Analisa ... 44
3.5 Matriks Percobaan ... 44
3.6 Lokasi dan Jadwal Kerja Penelitian ... 46
BAB IV ... 47
4.1 Persiapan Bahan Baku ... 47
4.2 Hasil Analisa Kadar Lignoselulosa Awal Buah Bintaro ... 48
4.3 Pemisahan Selulosa dan Lignin Buah Bintaro ... 50
4.4 Hasil Analisa Kadar Lignin ... 52
4.4.1 Pengaruh Variasi Rasio F:S ... 53
4.4.2 Pengaruh Variasi Temperatur ... 54
4.4.3 Pengaruh Variasi Jenis Alkali... 55
4.5 Hasil Analisa Kadar Selulosa ... 57
4.5.1 Pengaruh Variasi Rasio F:S ... 59
4.5.2 Pengaruh Variasi Temperatur ... 59
4.5.3 Pengaruh Variasi Jenis Alkali... 60
4.6 Perbandingan dengan Penelitian Sebelumnya ... 61
BAB V ... 64
5.1 Kesimpulan ... 64
5.2 Saran ... 64
DAFTAR PUSTAKA ... 65
LAMPIRAN A ... 69
LAMPIRAN B ... 72
LAMPIRAN C ... 80
LAMPIRAN D ... 83
LAMPIRAN E ... 86
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Buah Bintaro... ... 10
Gambar 2.2 Penyebaran komponen lignoselulosa ... 11
Gambar 2.3 Struktur selulosa ... 14
Gambar 2.4 Struktur alpha-cellulose ... 15
Gambar 2.5 Struktur beta-cellulose ... 15
Gambar 2.6 Pemecahan solvolisis α-eter dengan asam[24] ... 29
Gambar 2.7 Pemecahan ikatan glikosidik pada selulosa dengan alkali ... 32
Gambar 2.8 Mekanisme reaksi peeling dari rantai selulosa atau glukomanan ... 33
Gambar 2.9 Prinsip kerja FTIR spektrometri ... 37
Gambar 3.1 Diagram Cara Kerja Persiapan Bahan Baku Buah Bintaro………...42
Gambar 3.2 Diagram Cara Kerja Pretreatment Fisika Buah Bintaro……….42
Gambar 3.3 Diagram Alir Proses Pretreatment Alkali Pemisahan Selulosa dan Lignin Buah Bintaro ... 43
Gambar 4.1 (a) Buah bintaro yang telah dikupas kulitnya dan dipotong………..……….48
Gambar 4.2 Larutan hasil perlakuan alkali ... 50
Gambar 4.3 Profil Kadar Lignin dengan Variasi Rasio F:S ... 53
Gambar 4.4 Profil kadar lignin dengan variasi temperatur ... 54
Gambar 4.5 Profil kadar lignin dengan variasi jenis alkali ... 55
Gambar 4.6 Pemecahan struktur lignin dalam larutan alkali[34] ... 56
Gambar 4.7 Profil kadar selulosa dengan variasi rasio F:S ... 59
Gambar 4.8 Profil kadar selulosa dengan variasi temperatur ... 60
Gambar 4.9 Profil kadar selulosa dengan variasi jenis alkali ... 61
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Perbandingan kandungan komponen bahan Baku lignoselulosa[4] ... 1
Tabel 1.2 Perolehan kelarutan komponen lignoselulosa dengan berbagai metode pretreatment ... 4
Tabel 1.3 Efek dari pretreatment terhadap komposisi kimia dan struktur fisika dari bahan baku lignoselulosa[11] ... 5
Tabel 1.4 Premis Penelitian ... 7
Tabel 2.1 Klasifikasi Tanaman Bintaro………...…9
Tabel 2.2 Ikatan-ikatan pada Komponen Lignoselulosa………...12
Tabel 2.3 Kelebihan dan kekurangan metode pretreatment bahan baku lignoselulosa[25] . 31 Tabel 2.4 Perbandingan beberapa pretreatment alkali[28] ... 34
Tabel 3.1 Rancangan matriks percobaan………....………..……...44
Tabel 3.2 Analisis varian penelitian utama ... 45
Tabel 3.3 Jadwal Kerja Penelitian ... 46
Tabel 4.1 Kandungan awal selulosa dan lignin buah bintaro...49
Tabel 4.2 Hasil analisa kadar selulosa buah bintaro setelah perlakuan alkali ... 51
Tabel 4.3 Hasil analisa kadar lignin buah bintaro setelah perlakuan alkali ... 51
Tabel 4.4 ANOVA hasil analisa kadar lignin ... 52
Tabel 4.5 ANOVA hasil analisa kadar selulosa ... 58
Tabel 4.6 Perbandingan dengan penelitian sebelumnya ... 61
INTISARI
Tanaman bintaro merupakan tanaman yang berasal dari daerah tropis seperti Asia, Australia, Madagaskar biasanya digunakan untuk tanaman hias, penghijauan, bahan baku kerajinan tangan, atau peneduh di dalam kota. Buah dari pohon bintaro ini memiliki racun sehingga tidak dapat dikonsumsi, namun kandungan selulosa dan ligninnya yang tinggi dapat dimanfaatkan untuk bahan baku lignoselulosa. Fokus pada penelitian ini adalah untuk memisahkan komponen selulosa dan lignin buah bintaro dengan perlakuan dengan metode kimia, yaitu metode alkali.
Tujuan penelitian ini adalah untuk meninjau penggunaan pretreatment alkali yang paling efektif dalam memisahkan selulosa dan lignin buah bintaro dengan variasi jenis alkali, rasio bahan baku terhadap alkali, dan temperatur pemasakan agar didapatkan perolehan lignin yang sedikit dan selulosa yang maksimal. Metode penelitian yang digunakan adalah pretreatment alkali. Sebelum pretreatment alkali, buah bintaro dipersiapkan dengan mengecilkan ukurannya menjadi mesh – 30 + 40. Percobaan kemudian dilakukan dengan variasi jenis alkali (NaOH dan H2O2 alkali) dengan konsentrasi 8%-wt pada temperatur 50 ºC dan 80 ºC selama 1 jam. Perbandingan bahan baku dengan larutan alkali adalah 1:4 dan 1:10 (g/ml). Analisis sampel yang dilakukan meliputi penentuan kadar lignin dan selulosa buah bintaro dengan Metode Klason dan Metode Norman-Jenkins.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa variabel yang berpengaruh signifikan pada perolehan lignin dan selulosa setelah perlakuan alkali adalah jenis alkali. Untuk perolehan kadar lignin, larutan NaOH menghasilkan kadar lignin tertinggi yaitu 14,50% pada rasio F:S 1:4 dan temperatur 50 ºC. Untuk perolehan kadar selulosa, larutan H2O2 alkali menghasilkan kadar selulosa tertinggi yaitu 75,21% pada rasio F:S 1:10 dan temperatur 80 ºC. Rasio F:S tidak berpengaruh secara signifikan pada perolehan kadar selulosa dan lignin hasil pemisahan dengan metode alkali.
xi ABSTRACT
“Bintaro” plant, also known as sea mango, is tropical plant from Asia, Australia, or Madagascar region that is usually used for ornamental, reforestation, or shade plants in the city. The fruit from sea mango tree is inedible because it is poisonous, but it has high lignocellulose content. Therefore, it can be considered as a lignocellulose biomass to serve as its purpose. The focus of this study is to separate cellulose and lignin from its lignocellulosic structure, by the means of chemical method using alkaline solution.
The purpose of this study is to examine the most effective use of alkaline pretreatment in separating cellulose and lignin content of the sea mango fruit. The variaton used in this study are the type of alkaline solvent used, biomass-to-solvent ratio, and temperature to obtain the maximum amount of lignin and cellulose obtained. Thus, the method is called the alkaline method. The sea mango fruit is first prepared beforehand by oven-drying at 80ºC, then cut the sizes of – 30 + 40 mesh. The experiment is then done with such variation; NaOH and alkaline peroxide solvent at 8%-wt concentration each, biomass-to-solvent ratio of 1:4 and 1:10 (g/ml), and temperatures 50ºC and 80ºC for each 1 hour pretreatment time. Analysis will be done to check the cellulose and lignin content in the biomass by Norman-Jenkins method and Klason lignin method respectively.
The results of this study shows that the most significant factor affecting cellulose and lignin content in the biomass after pretreatment with alkaline method is the type of alkali used. The highest lignin content is obtained by using NaOH with F:S ratio 1:4 and temperature 50 ºC. The highest cellulose content is obtained by using alkaline peroxide with F:S ratio 1:10 and temperature 80 ºC. The only variable that does not give significant effect on lignocellulose content after alkaline pretreatment is the biomass-to-solvent ratio.
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Tanaman bintaro merupakan salah satu tanaman yang buahnya tidak dapat dikonsumsi, bahkan bersifat beracun sebab bijinya mengandung senyawa glikosida jantung seperti cerberin. Nama latin dari tanaman bintaro adalah Cerbera manghas L., berasal dari daerah tropis seperti Asia dan Australia. Di Indonesia, tanaman bintaro terdapat di pulau-pulau besar sepetri Sumatra, Jawa, Bali, Maluku, Timor, dan Irian Jaya dan biasanya ditemukan di wilayah pesisir pantai. Sekarang ini buah bintaro dapat ditemukan juga di dalam kota sebab pohonnya dapat digunakan sebagai pohon penghijauan. Selain itu, pohonnya juga dapat tumbuh di mana saja dan tidak memerlukan perawatan khusus sehingga mudah dijumpai[1].
Buah dari tanaman bintaro merupakan buah drupa (berbiji) dengan serat yang menyerupai buah kelapa, berbentuk oval dan berwarna hijau. Pada buah bintaro terdapat kandungan senyawa selulosa, hemiselulosa, dan lignin dengan komposisi 56,76%, 8,71%, dan 28,30% secara berurutan[2]. Kadar komponen-komponen yang banyak tersebut membentuk buah bintaro menjadi bahan baku lignoselulosa. Perbandingan kandungan komponen lignoselulosa dengan bahan-bahan baku lignoselulosa umum lainnya dapat dilihat pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1 Perbandingan kandungan komponen bahan Baku lignoselulosa[4]
Bahan baku
lignoselulosa Selulosa (%) Hemiselulosa (%) Lignin (%)
Kayu keras 40-55 24-40 18-25
Kayu lunak 45-50 25-35 35-35
Kulit kacang 25-30 25-30 30-40
Tongkol jagung 45 35 15
Rumput 25-40 35-50 10-30
Jerami gandum 30 50 15
Buah bintaro[3] 56,76 8,71 28,3
2
Bahan baku lignoselulosa yaitu mencakup sebagian besar limbah perkotaan (municipal solid waste), limbah pertanian, limbah perhutanan, ataupun woodlot. Bahan baku lignoselulosa merupakan bahan baku yang lebih murah dibanding bahan baku lainnya seperti gas alam, minyak mentah, ataupun soy oil dan ketersediaannya lebih banyak. Bahan baku lignoselulosa seperti jerami padi, kayu lunak, atau kulit pisang merupakan contoh bahan baku yang telah berhasil digunakan untuk proses biorefinery; yaitu proses yang mengintegrasikan dan mengkonversi biomassa untuk menjadi sumber bahan baku. Bahan- bahan lignoselulosa tersebut diolah untuk menghasilkan etanol untuk industri bahan bakar etanol atau pulp untuk industri pulp dan kertas. Pengolahan tersebut dapat mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil dan juga gas hasil efek rumah kaca.
Pemanfaataan tanaman bintaro sebagai bahan baku lignoselulosa belum banyak dilakukan, maka pengetahuan tentang manfaat buah bintaro hanya dimanfaatkan sebatas untuk memproduksi barang-barang komersiil seperti minyak wangi, bahan baku kerajinan tangan, ataupun sebagai racun tikus. Penelitian belum banyak dilakukan untuk memanfaatkan seluruh bagian dari buah bintaro, yang umum diketahui adalah bahwa biji dari buah bintaro mengandung minyak sehingga dapat dimanfaatkan untuk biodiesel.
Namun untuk klasifikasi atau khasiat-khasiat dari buah bintaro pun belum banyak diketahui. Padahal jumlah buah bintaro yang melimpah dan tidak bersaing dengan produk pangan ini merupakan keuntungan utama jika digunakan sebagai bahan baku lignoselulosa.
Dapat dilihat dari Tabel 1.1 bahwa kandungan selulosa buah bintaro sangat tinggi, dan kadar ligninnya serupa dengan bahan baku lignoselulosa lainnya. Lignin yang terdapat pada buah bintaro juga tidak sedikit yang perlu dihilangkan, sedangkan kadar selulosanya yang tinggi dapat ditingkatkan agar dapat dimanfaatkan dengan maksimal untuk perolehan glukosa yang tinggi apabila hasil pretreatment dihidrolisis atau difermentasi. Dengan begitu buah bintaro sebagai bahan baku lignoselulosa juga dapat diolah dengan proses yang sama untuk memperoleh produk-produk penting dari proses biorefinery seperti halnya bioadsorben, sintesis enzim, dan fermentasi alkohol.
Keuntungan dari menggunakan buah bintaro adalah pemanfaatan bahan non-pangan (non-edible feedstock) yang sekarang ini seharusnya bisa lebih dipilih sebagai bahan baku yang digunakan untuk proses biorefinery biomassa lignoselulosa, dan tidak menimbulkan persaingan di dunia pangan. Setiap komponen dari bahan baku lignoselulosa dapat dimanfaatkan. Komponen bahan baku lignoselulosa terdiri dari rantai selulosa yang terikat oleh ikatan hidrogen dalam mikrofibril, dimana fibril-fibril tersebut terikat satu sama lain
3
oleh hemiselulosa, yang diselubungi oleh lignin. Selulosa dan hemiselulosa dapat dihidrolisis menjadi monomernya seperti glukosa, dan kemudian diolah menjadi produk fermentasi seperti bioetanol, biofuel, atau bahan kimia seperti furfural, atau pelarut organik seperti butanol dan metanol. Sedangkan lignin merupakan bagian dari lignoselulosa yang bersifat tidak dapat difermentasi, namun dapat berguna sebagai adesif, pengikat, atau sub- bituminous coal. Jika komponen-komponennya tidak terpisahkan maka dapat menghambat salah satu fungsi dari masing-masing komponen seperti contohnya pada pembuatan pulp;
adanya lignin akan menurunkan mutu pulp dan menyebabkan warna kertas tidak putih.
Sifat alami biomassa lignoselulosa yang keras atau sulit dipecah menimbulkan permasalahan yaitu sulitnya untuk mengakses selulosa (untuk hidrolisis) yang dikarenakan adanya lapisan lignin dan hemiselulosa yang mengelilinginya. Diperlukan pemisahan komponen-komponennya untuk mengubah struktur dan komposisi lignoselulosa yang dapat mengutilitas pengolahan komponennya lebih lanjut sebagai sumber karbon.
Pemanfaatan buah bintaro sebagai bahan baku lignoselulosa ini maka memiliki hambatan yang sama, yaitu struktur lignoselulosa yang sulit dipecah. Lapisan lignin yang membalut karbohidrat tersebut memiliki ikatan kimia yang sulit dipecahkan dan berkontribusi pada kekerasan struktur lignoselulosa sehingga menjadi tahan terhadap serangan enzim untuk menghidrolisis komponennya. Adanya lignin menjadi lapisan pelindung dan akan mencegah terjadinya degradasi selulosa oleh enzim.
Selain itu, suprastruktur selulosa yang disebabkan oleh strukturnya yang kristalin juga sulit untuk dipecah akibat ikatan antar rantai selulosa yang kuat, yaitu ikatan hidrogen.
Sehingga diperlukan adanya pretreatment agar selulosa dapat diperoleh dengan keadaan murni dan terpisah dari ligninnya. Dalam keadaan ini selulosa akan dapat dihidrolisis.
Maka proses pretreatment ini bertujuan untuk memisahkan masing-masing komponen lignoselulosa dan menurunkan derajat kristalinitas selulosa agar dapat dihidrolisis, sehingga dapat dilakukan pengolahan terhadap buah bintaro sebagai bahan baku lignoselulosa. Pemisahan ini harus dilakukan dengan efektif agar mendapatkan masing- masing komponen secara terpisah tanpa terdegradasi menjadi senyawa monomernya sebab akan mengganggu hasil pretreatment.
Proses ini merupakan tahapan pertama dalam mengkonversi biomassa lignoselulosa dalam proses biorefinery, sehingga disebtu pretreatment. Berbagai metode pretreatment akan memberikan efek yang berbeda terhadap komposisi komponen hasil perlakuan terhadap biomassanya.
4
Proses pretreatment yang akan digunakan perlu mempertimbangkan beberapa faktor yang dapat mempengaruhi keberhasilan prosesnya, seperti kemurnian dari hasil perolehan komponen lignoselulosa, tidak membentuk inhibitor yang dapat menghambat proses lanjutan yaitu hidrolisis atau fermentasi, tidak mendegradasi atau hilangnya sebagian karbohidrat, dan sejauh mana proses pretreatment dapat dengan efektif mendegradasi komponen-komponen lignoselulosa yang tidak diinginkan. Selain itu untuk memilih metode pretreatment juga perlu melihat dari sisi biaya dan energi untuk pelaksanaannya.
Penggunaan metode pretreatment yang tidak optimal dapat menyebabkan degradasi hemiselulosa dan lignin parsial serta menghasilkan senyawa beracun yang menghambat pertumbuhan khamir, sehingga hidrolisis tidak akan berjalan dengan baik[4].
Perbandingan beberapa metode pretreatment dan perolehan komponennya disajikan pada Tabel 1.2.
Tabel 1.2 Perolehan kelarutan komponen lignoselulosa dengan berbagai metode pretreatment
Metode % Kelarutan Komponen Temperatur
(oC)
Hemiselulosa Lignin
Organosolv[5] 91% 87% 180
Organosolv (pH~2.4)[6]
90% 99% 188
AFEX[7] 40-50% 85% 160
Liquid How Water[4]
100% 35-60% 200-230
Steam explosion[8] 74% 94% 195
Alkali[9] - 80% 80-100
Asam encer[7] 83% - 170-180
Wet Oxidation[10] 80% 55% 185
Dari Tabel 1.2 dapat dilihat bahwa proses pretreatment dengan perolehan hemiselulosa dan lignin paling tinggi adalah metode fisika-kimia yaitu metode organosolv.
Metode ini perlu memperhatikan suhu dan tekanan reaksi sebab merupakan variabel yang penting untuk pemasakan bahan baku lignoselulosa. Penggunaan metode yang memerlukan tekanan dan temperatur optimal yang tinggi perlu dipertimbangkan kembali sebab biaya peralatan dan operasi akan menjadi lebih mahal, maka proses pretreatment
5
yang akan digunakan adalah pretreatment dengan alkali. Proses ini dapat berlangsung dengan ekonomis, dan tidak memerlukan suhu maupun tekanan yang terlalu tinggi untuk dapat memisahkan komponennya. Selain itu, proses pretreatment dengan alkali dikenal mirip dengan proses Kraft pulping di industri kertas, sebab berdasarkan perbandingan pada Tabel 1.3, proses pretreatment dengan alkali dapat dengan efektif menghilangkan lignin yang merupakan penghalang utama bagi hidrolisis atau fermentasi untuk terjadi disebabkan kemampuannya untuk memecah struktur internal dari komponen lignoselulosa.
Efek dari berbagai metode pretreatment terhadap komposisi kimia dan fisika bahan baku lignoselulosa dapat dilihat pada Tabel 1.3.
Tabel 1.3 Efek dari pretreatment terhadap komposisi kimia dan struktur fisika dari bahan baku lignoselulosa[11]
Memperbesar luas permukaan yang dapat diakses
Dekristalisasi selulosa
Meghilangkan hemiselulosa
Menghilangkan lignin
Mengubah struktur
lignin Uncatalyzed Steam
Explosion
Liquid Hot Water ND
pH Controlled
Hot Water ND ND
Flow-Through Liquid Hot
Water ND
Dilute Acid
Flow-Through Acid AFEX
ARP
Lime ND
Major Effect Minor Effect
Not
Determined
Namun, sulit untuk satu metode pretreatment saja yang dilakukan agar dapat memenuhi seluruh kriteria keberhasilan pemisahan komponennya. Kombinasi beberapa
ND
6
metode pretreatment dapat meningkatkan kualitas residu selulosa hasil pemisahan yang akan memberikan perolehan tinggi saat dihidrolisis, serta memperoleh lignin dalam wujud yang lebih murni dan kental yang memiliki banyak kegunaan di dunia industri. Maka pada penelitian ini proses pretreatment alkali akan digabungkan dengan pretreatment fisika yaitu pengecilan ukuran biomassa agar proses pemisahan dan degradasi lignin berlangsung lebih efektif.
1.2 Tema Sentral Masalah
Adanya hambatan dalam pemisahan lignin dan selulosa buah bintaro sehingga perlu dilakukan preatreatment terlebih dahulu sebelum masing-masing komponen lignoselulosa dapat diproses lebih lanjut. Metode alkali dipilih sebagai metode pretreatment yang untuk memisahkan lignin dan selulosa buah bintaro, dan ditinjau keefektifannya dari variasi rasio bahan baku dengan larutan alkali (F:S), temperatur operasi, dan jenis alkali.
1.3 Identifikasi Masalah
1. Bagaimana pengaruh rasio F:S bahan baku terhadap kadar lignin dan selulosa dari hasil pemisahan dengan metode preteratment alkali?
2. Bagaimana pengaruh temperatur operasi terhadap kadar lignin dan selulosa dari hasil pemisahan dengan metode pretreatment alkali?
3. Bagaimana pengaruh jenis alkali (NaOH, alkali peroksida) terhadap kadar lignin dan selulosa dari hasil pemisahan dengan metode pretreatment alkali?
1.4 Premis
Premis pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 1.4
Tabel 1.4 Premis Penelitian
Bahan Baku Kondisi Penelitian Hasil Pengarang
Pakan ternak Perlakuan dengan NaOH 1,5-10%, 2 mm, suhu 60- 80 ºC, rasio biomassa dan pelarut 1:10 (w/w)
60-80% lignin dihilangkan, 50%
hemiselulosa terlarut
Tajkarimi et al., 2008[12]
Fruit wastes (nanas, jeruk, apel, dan mangga)
Perlakuan dengan NaOH 1% dengan rasio dengan biomassa 1:20 (w/w), suhu 20-80 ºC, 30-120 menit, 20 mesh
Yield gula pereduksi dari masing- masing buah yang tinggi, 1000- 3000 mg/100 ml larutan
Jeetah et al., 2016[13]
Ampas tebu Perlakuan dengan NaOH dan Ca(OH)2 yang dicampur dengan H2O2, pH 11,5, suhu 80 ºC, 3 jam
Peningkatan kadar selulosa sampai 56,8%, lignin yang dihilangkan sampai 75,8%
Ayeni et al., 2015[14]
Padi Perlakuan dengan alkali (NaOH) peroksida, 0,5 mm, pH 11,5, suhu 25-45 ºC, waktu 6 jam
Yield gula pereduksi yang tinggi >
85%
Champreda et al., 2014[15]
Rice hulls
Perlakuan dengan NaOH yang dicampur dengan H2O2 (konsentrasi 2,5-7,5%), 1 mm, pH 11,5, suhu 90 ºC, 1 jam
Yield gula pereduksi mencapai
77,51%, lignin terlarut 0,1528 g Diaz et al., 2013[16]
Kallar grass
Perlakuan dengan NaOH konsentrasi 0,5-3%, 2 mm, rasio biomassa dengan pelarut 1:10 (w/v), waktu 30 menit - 2 jam pada suhu ruang lalu di autoklaf selama 20 - 60 menit
Kadar selulosa tertinggi mencapai 52% dan delignifikasi sebesar 58%
Ashgar et al., 2013[17]
8
1.5 Tujuan Penelitian
1. Mengetahui pengaruh rasio F:S bahan baku terhadap kadar lignin dan selulosa hasil pemisahan dengan metode pretreatment alkali.
2. Mengetahui pengaruh temperatur pemisahan terhadap perolehan kadar lignin dan selulosa dengan metode pretreatment alkali.
3. Mengetahui pengaruh jenis alkali terhadap perolehan kadar lignin dan selulosa hasil pemisahan dengan metode pretreatment alkali.
1.6 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah:
1. Manfaat penelitian bagi mahasiswa
a. Mengetahui proses pemisahan selulosa dan lignin pada buah bintaro dengan metode alkali.
b. Menghasilkan komponen pemisahan selulosa dan lignin dari buah bintaro yang dapat menjadi bahan baku fermentasi dan hidrolisis.
c. Mengetahui manfaat buah bintaro sebagai bahan baku lignoselulosa.
2. Manfaat penelitian bagi masyarakat
Memberikan pengetahuan mengenai manfaat buah bintaro untuk dibudidayakan.
3. Manfaat penelitian bagi dunia industri
a. Memberikan alternatif dalam pembuatan bioetanol dengan bahan baku lignoselulosa dari buah bintaro.
b. Memberikan alternatif dalam industri pulp dan kertas dengan bahan baku lignoselulosa.
