Permukaan Respon Pengaruh Agitasi Dan Lama Degradasi Selulosa Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Oleh Konsorsium Kapang Secara Aerobik.
PERMUKAAN RESPON PENGARUH AGITASI DAN LAMA
DEGRADASI SELULOSA LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA
SAWIT OLEH KONSORSIUM KAPANG SECARA AEROBIK
DIAN SUKMA RIANY
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Permukaan Respon
Pengaruh Agitasi Dan Lama Degradasi Selulosa Limbah Cair Pabrik Kelapa
Sawit Oleh Konsorsium Kapang Secara Aerobik adalah benar karya saya dengan
arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada
perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya
yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam
teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Januari 2014
Dian Sukma Riany
NIM F34090146
ABSTRAK
DIAN SUKMA RIANY. Permukaan Respon Pengaruh Agitasi Dan Lama
Degradasi Selulosa Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Oleh Konsorsium Kapang
Secara Aerobik. Dibimbing oleh ENDANG GUMBIRA SA’ID dan PRAYOGA
SURYADARMA.
Permukaan respon dari laju agitasi dan waktu kultivasi diinvestigasi
terhadap degradasi selulosa dalam Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS).
Penentuan pengaruh faktor laju agitasi diukur pada kisaran nilai 100-150 rpm.
Sementara, pengaruh dari waktu kultivasi dianalisis pada kisaran dua-enam hari.
Pengaruh dari kedua faktor tersebut dianalisis menggunakan central point design
dan permukaan respon dari hubungan kedua faktor pada degradasi selulosa
ditentukan dengan rancangan Central Composit Design (CCD). Hasil penelitian
menunjukkan bahwa laju agitasi dengan selang kepercayaan 89.22 % dan waktu
kultivasi dengan selang kepercayaan 53.33 % akan berpengaruh negatif terhadap
selulosa yang terdegradasi. Bentuk permukaan respon yang dihasilkan
berdasarkan pengaruh laju agitasi dan waktu kultivasi adalah Y= 0.563333 0.218137X 1 - 0.087752X 2 - 0.071667X 1 2 + 0.002265X 1 X 2 + 0.098334X 2 2.
Kata kunci: Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit, agitasi, waktu kultivasi, degradasi,
selulosa, konsorsium, aerobik
ABSTRACT
DIAN SUKMA RIANY. Response Surface of Agitation Effect and Cellulose
Degradation Time of Palm Oil Mill Effluents by Fungal Consortia in Aerobic
Condition. Supervised by ENDANG GUMBIRA SA’ID and PRAYOGA
SURYADARMA.
The response surface of agitation and cultivation time were investigated on
the degradation of cellulose in palm oil mill effluents (POME). The effect of
agitation was measured at range of 100 -150 rpm. Meanwhile, the effect of
cultivation time was analyzed at range of two to six days. The influences of
factors were analyzed by using center point design and response surface of
relationship between both factors towards cellulose degradation was determined
by using central composite design. As a result, the agitation rate was significantly
(89.22 %) and cultivation time was significantly (53.33 %) reduced the cellulose
degradation. The response surface of agitation rate and cultivation time effect was
a saddle point with Y= 0.563333 - 0.218137X 1 - 0.087752X 2 - 0.071667X 1 2 +
0.002265X 1 X 2 + 0.098334X 2 2.
Keyword: Palm Oil Mill Effluents, agitation, cultivation time, degradation,
cellulose, concortia, aerobic
PERMUKAAN RESPON PENGARUH AGITASI DAN LAMA
DEGRADASI SELULOSA LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA
SAWIT OLEH KONSORSIUM KAPANG SECARA AEROBIK
DIAN SUKMA RIANY
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknologi Industri Pertanian
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Skripsi : Permukaan Respon Pengaruh Agitasi Dan Lama Degradasi
Selulosa Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Oleh Konsorsium
Kapang Secara Aerobik.
Nama
: Dian Sukma Riany
NIM
: F34090146
Disetujui oleh
Prof Dr Ir E.Gumbira Sa’id, MA Dev
Pembimbing I
Dr Prayoga Suryadarma, STP MT
Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Ir Nastiti Siswi Indrasti
Ketua Departemen
Tanggal Lulus :
Judul Skripsi
Nama
NIM
Permukaan Respon Pengaruh Agitasi Dan Lama Degradasi
Selulosa Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Oleh Konsorsium
Kapang Secara Aerobik.
Dian Sukma Riany
F34090146
Disetujui oleh
, MADev
Pembimbing I
Tanggal Lulus :
Dr Prayoga Suryadarma, STP MT
Pembimbing II
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa,
karena atas segala karunia-Nya karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul
penelitian yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Agustus –
November 2013 ini ialah Permukaan Respon Pengaruh Agitasi Dan Lama
Degradasi Selulosa Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Oleh Konsorsium Kapang
Secara Aerobik.
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih kepada para
personalia di bawah ini :
1. Bapak Prof Dr Ir Endang Gumbira Sa’id MA Dev dan Bapak Dr Prayoga
Suryadarma STP MT selaku dosen pembimbing akademik yang telah
memberikan arahan, ilmu, nasihat serta bimbingan baik selama penulis
menjalani kegiatan akademis, penelitian dan penulisan skripsi.
2. Ibu Dr Ir Ika Amalia MT selaku dosen penguji yang telah banyak
memberikan saran untuk penyempurnaan skripsi ini.
3. Pabrik Kelapa Sawit (PKS) PTPN VII Rojosari Lampung dan PT Condong
Garut atas bantuan pengadaan sampel limbah cair pabrik kelapa sawit untuk
penelitian, khususnya kepada Bapak Sumarno, Bapak Undang Kadarisman
dan Bapak Yanto.
4. Pimpinan Pusat Penelitian Sumberdaya Hayati dan Bioteknologi (PPSHB)
Pusat Antar Universitas IPB yang telah mengizinkan penulis melakukan
penelitian di Laboratorium Rekayasa Bioproses.
5. Seluruh staf dan laboran Departemen Teknologi Industri Pertanian atas
bimbingannya kepada penulis selama melakukan penelitian ini,
6. Orangtua (ayah, ibu), kakak, seluruh keluarga dan Chandra Yudhystira
Sulistyansyah atas pengertian, pengorbanan, kasih sayang, dukungan,
semangat dan doa-doanya.
7. Rekan sesama tim penelitian (Lianitha Kurniawati, Ricky Susanto Putra,
Budimandra Harahap) atas kekompakkan, kerja sama dan kebersamaannya.
8. Seluruh teman-teman Teknologi Industri Pertanian (TIN), khususnya
angkatan 46 atas persaudaraan dan persahabatan yang telah terjalin.
9. Teman-teman Uni Konservasi Fauna (UKF) IPB dan Himpunan Mahasiswa
Teknologi Industri (HIMALOGIN) IPB atas kebersamaannya dan pelajaran
hidup yang tidak terlupakan selain pada bidang akademik.
10. Semua pihak yang telah memberikan dukungan dan bantuan kepada penulis.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi kalangan sivitas akademik dan
pihak yang membutuhkan untuk perkembangan ilmu pengetahuan.
Bogor, Januari 2014
Dian Sukma Riany
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
3
Tujuan Penelitian
3
Manfaat Penelitian
3
Ruang Lingkup Penelitian
4
METODE
4
Bahan
4
Alat
4
Tahapan Penelitian
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
7
Karakteristik LCPKS
7
Penentuan Pengaruh Faktor
9
Permukaan Respon
SIMPULAN DAN SARAN
12
13
Simpulan
13
Saran
14
DAFTAR PUSTAKA
14
LAMPIRAN
16
RIWAYAT HIDUP
21
DAFTAR TABEL
1 Nilai rendah dan nilai tinggi dari perlakuan percobaan
2 Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) segar
3 Pengaruh linier dari faktor utama dan interaksi faktor terhadap
penurunan selulosa LCPKS
4 Pengaruh linier faktor utama dan interaksi faktor terhadap jumlah
glukosa
5 Pengaruh linier dari faktor utama dan interaksi faktor terhadap
biomassa
6
8
9
12
12
DAFTAR GAMBAR
1. Tahapan penelitian
2. Pola interaksi antara waktu kultivasi (X 2 ) dan laju agitasi (X 1 ) terhadap
5
10
penurunan jumlah selulosa
3. Struktur Selulosa
4. Permukaan respon dari penurunan jumlah selulosa sebagai fungsi
dari agitasi (X 1 ) dan waktu kultivasi (X 2 )
10
13
DAFTAR LAMPIRAN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Prosedur uji proksimat LCPKS
Prosedur analisis residual selulosa (Updegraff 1969)
Prosedur pengukuran biomassa
Prosedur D-glukosa menggunakan kit katalog nomor 10 716 251 035
Hasil analisis respon penurunan selulosa pada LCPKS
Hasil analisis respon biomassa pada LCPKS
Hasil analisis respon glukosa pada LCPKS
Hasil statistik pengaruh optimasi dan % pengaruh variabel terhadap
penurunan selulosa
16
17
18
18
19
19
20
20
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Indonesia merupakan negara penghasil CPO (Crude Palm Oil) terbesar di
dunia. Persentase jumlah CPO yang dihasilkan pabrik minyak kelapa sawit akan
berimplikasi nyata terhadap limbah yang akan dihasilkan, termasuk Limbah Cair
Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS). Menurut Baharuddin et al. (2010), LCPKS yang
belum diolah mengandung 41g/L total padatan dengan persentase selulosa
sebanyak 38.36%, hemiselulosa sebesar 23.21%, dan 26.72% lignin terdapat di
dalam padatan tersebut. Berdasarkan hal tersebut, LCPKS dapat dijadikan substrat
untuk menghasilkan bioproduk, yaitu dalam bentuk gula-gula sederhana.
Gula-gula sederhana yang akan digunakan menjadi substrat bioproduk harus
melewati tahapan hidrolisis, yaitu proses degradasi selulosa dan hemiselulosa.
Pada penelitian ini dikaji tentang proses degradasi selulosa. Proses degradasi
selulosa dapat dilakukan dengan memanfaatkan mikroorganisme penghasil enzim
selulase.
Proses hidrolisis secara enzimatis ini memiliki beberapa keuntungan jika
dibandingkan dengan hidrolisis asam (kimia) antara lain tidak terjadi degradasi
gula hasil hidrolisis. Pada hidrolisis asam umumnya digunakan suhu dan tekanan
yang tinggi. Suhu yang lebih tinggi akan mempermudah dekomposisi gula
sederhana dan senyawa lignin (Mussatto dan Roberto 2004). Pada suhu dan
tekanan tinggi, glukosa dan xilosa akan terdegradasi menjadi furfural dan
hidroksimetilfurfural. Jika furfural dan hidroksimetilfurfural terdekomposisi lanjut,
akan didapat asam levulinat dan asam formiat (Mussatto dan Roberto 2004;
Palmqvist dan Hahn-Hagerdal 2000). Proses degradasi selulosa secara enzimatis
juga dapat terjadi pada kondisi proses yang lebih lunak, yakni pada suhu dan
tekanan yang rendah serta pada pH netral. Selain itu, proses enzimatis merupakan
proses yang lebih ramah lingkungan (Gunam et al. 2011).
Mikroorganisme selulotik yang digunakan pada proses degradasi selulosa
adalah kapang. Menurut Mathew et al. (2008), kemampuan degradasi selulosa
kapang lebih baik dibandingkan bakteri. Hal ini terkait dengan enzim yang
dihasilkan yang terlibat dalam proses degradasi selulosa tersebut. Menurut
Purwadaria et al. (2003), seluruh komponen enzim yang menguraikan selulosa
amorf (CMCase), selulosa kristal (aviselase dan FPase), dan eksoglukanase
(selobiohidrolase) lebih tinggi pada enzim kapang dibandingkan enzim bakteri,
terutama β-glukosidase. Terdapat 25 kapang yang telah diidentifikasi dalam
LCPKS dan cukup memiliki potensi untuk menghasilkan enzim selulolitik, salah
satunya adalah kapang Trichoderma reesei RUT C-30 (Rashid et al. 2009),
Pada penelitian ini digunakan konsorsium atau campuran kapang agar
mendapatkan hasil yang lebih optimal. Menurut Komarawidjaja (2009) dan
Jadhav et al. (2008), pemanfaatan campuran kultur mikroorganisme akan
memberikan hasil yang lebih efektif karena kerja enzim dari setiap jenis
mikroorganisme dapat saling melengkapi agar dapat bertahan hidup dengan
sumber nutrisi yang tersedia. Pemanfaatan kapang yang tergabung dalam
konsorsium yang secara alami ada di dalam LCPKS akan membuat proses
degradasi selulosa menjadi lebih ekonomis dan memudahkan dalam tahapan
selanjutnya. Hal ini dikarenakan kapang tersebut sudah memiliki kemampuan
2
adaptasi yang baik dengan limbah cair ini sebagai lingkungan awal tempat
hidupnya. Sehingga dengan adanya habituasi yang singkat, maka fase adaptasi
atau fase lag akan menjadi lebih pendek. Fase permulaan (fase lag) adalah fase
penyesuaian sel-sel dengan lingkungan dan pembentukkan enzim-enzim untuk
mengurai substrat sebelum fase eksponensial (Moore dan Landecker 1996).
Agitasi merupakan faktor penting yang berfungsi untuk mengatur transfer
oksigen dan pencampuran nutrien secara homogen dalam proses fermentasi.
Agitasi mempengaruhi pertumbuhan sel dan produksi selulase (Fadzilah dan
Mashitah 2010). Agitasi juga diperlukan karena kelarutan oksigen menurun
seiring dengan naiknya suhu. Hubungan antara oksigen dan suhu berbanding
terbalik, jika temperatur sangat tinggi maka kelarutan oksigen menurun, begitu
pula sebaliknya. Hal ini dikarenakan pada suhu yang tinggi maka terjadi
penguapan dipermukaan air, sehinggga kelarutan oksigen menurun (Mulyanto
1992). Menurut Boyd (1988), dekomposisi bahan organik dan oksidasi bahan
anorganik dapat mengurangi kadar oksigen terlarut hingga mencapai nol (anaerob).
Kondisi anaerobik ini tidak diinginkan pada penelitian ini, oleh karena itu, faktor
agitasi penting untuk dikaji pada proses degradasi selulosa agar kondisi aerobik
tercapai.
Pertumbuhan mikroorganisme cukup erat kaitannya dengan keberadaan
oksigen. Pada kondisi lingkungan aerob, maka laju pertumbuhan
mikrooorganisme menjadi lebih cepat. Tentunya hal ini akan berkorelasi dengan
penurunan selulosa yang diharapkan dapat berhubungan positif dengan laju
pertumbuhan mikroorganisme tersebut. Penelitian yang telah dilakukan oleh
Fadzilah dan Mashitah (2010) juga telah mengkaji mengenai produksi selulase
oleh kultur Pycnoporus sanguineus dalam bioreaktor 2.5 L berpengaduk. Hasil
yang didapatkan adalah biomassa sel maksimum sebesar 3.16 g/ L dan aktivitas
selulase sebesar 0.1748 FPU mL-1 yang dicapai pada tingkat aerasi sebesar 1.0
vvm dan kecepatan agitasi sebesar 300 rpm.
Menurut Rashid et al. (2011), waktu sakarifikasi atau waktu kultivasi
merupakan faktor penting penting pada kondisi proses sakarifikasi atau degradasi
selulosa. Waktu kultivasi untuk produksi enzim selulase berbeda-beda pada
berbagai substrat. Penelitian yang dilakukan oleh Gunam et al. (2011) didapatkan
hasil kombinasi perlakuan terbaik untuk produksi enzim selulase kasar adalah
pada konsentrasi substrat ampas tebu 3% dengan lama kultivasi tujuh hari dengan
nilai rata-rata aktivitas selulase (filter paperase) sebesar 0.771 unit/mL filtrat.
Penelitian lainnya terkait waktu kultivasi dilakukan pula oleh Gaffar (2009),
didapatkan hasil pada proses degradasi enzimatik selulosa dari batang pohon
pisang oleh kapang Trichoderma viride, jumlah gula pereduksi optimum dicapai
pada waktu kultivasi selama delapan hari. Penelitian lainnya terkait waktu
kultivasi didapatkan hasil pada proses sakarifikasi enzimatik pada tandan buah
kosong sawit menggunakan Trichoderma reesei RUT C-30 diperoleh rendemen
gula pereduksi tertinggi sebesar 41.82% dengan waktu sakarifikasi 120 jam
(Rashid et al. 2011).
Beberapa faktor penting di dalam proses degradasi selulosa seperti yang
telah dipaparkan sebelumnya perlu untuk dianalisis lebih lanjut untuk
menghasilkan kondisi optimum proses degradasi selulosa pada LCPKS ini.
Pengaruh mengenai agitasi dan waktu kultivasi dikaji dan dianalisis lebih lanjut
3
dalam penelitian ini untuk mengetahui kondisi proses yang optimum untuk proses
degradasi selulosa pada LCPKS yang dilakukan secara aerobik.
Perumusan Masalah
LCPKS dihasilkan dalam jumlah cukup besar sebagai limbah dari pabrik
kelapa sawit. Komponen yang terdapat pada LCPKS diantaranya adalah bahan
lignoselulosa, yaitu lignin, selulosa dan hemsiselulosa. Bahan lignoselulosa ini
dapat dimanfaatkan lebih lanjut sebagai substrat bioproduk. Pengolahan LCPKS
untuk menjadi bioproduk tersebut membutuhkan beberapa tahapan, salah satunya
adalah proses degradasi selulosa yang pada prosesnya dibutuhkan
mikroorganisme yang berkemampuan untuk mendegradasi selulosa tersebut.
Proses degradasi selulosa dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya laju
agitasi dan waktu kultivasi. Laju agitasi dibutuhkan untuk mengatur kebutuhan
oksigen bagi aktivitas metabolik mikroorganisme. Pertumbuhan mikroorganisme
cukup erat kaitannya dengan keberadaan oksigen. Pada kondisi lingkungan
aerobik, maka laju pertumbuhan mikrooorganisme menjadi lebih cepat. Jika laju
pertumbuhan selnya cepat, maka jumlah mikroorganisme pendegradasi selulosa di
dalamnya semakin banyak, sehingga selulosa LCPKS pun banyak yang
terdegradasi (Meryandini et al. 2009).
Namun selain dapat mempercepat pertumbuhan sel, laju agitasi juga dapat
memberikan pengaruh negatif pada pertumbuhan kapang. Menurut Singh (2006)
kecepatan agitasi yang terlalu tinggi dapat mengganggu dinding sel kapang. Selain
itu, bukan hanya banyaknya sel mikroorganisme saja yang diharapkan, akan tetapi
kemampuan dari masing-masing mikroorganisme di dalamnya pun harus baik
pula. Hal ini dapat dilihat melalui laju degradasi dari setiap mikroorganisme
selama proses degradasi selulosa pada waktu tertentu. Sehingga untuk mencapai
hal itu maka dibutuhkan waktu kultivasi yang optimum. Oleh karena itu,
diperlukan penentuan pengaruh faktor laju agitasi dan waktu kultivasi dalam
proses degradasi selulosa oleh konsorsium kapang agar dapat ditentukan lebih
lanjut untuk mementukan permukaan respon dari faktor yang berpengaruh
tersebut.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan pengaruh faktor laju agitasi
dan waktu kultivasi serta mengetahui permukaan respon dalam proses degradasi
selulosa pada limbah cair pabrik kelapa sawit oleh konsorsium kapang secara
aerobik.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini bermanfaat untuk dijadikan informasi dasar mengenai
pengolahan bahan yang mengandung lignoselulosa yang akan diolah menjadi
media substrat proses produksi menjadi bioproduk.
4
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini meliputi hal- hal berikut :
1. Karakterisasi awal LCPKS
2. Kultivasi konsorsium kapang LCPKS untuk mendapatkan pengaruh faktor laju
agitasi dan waktu inkubasi
3. Kultivasi konsorsium kapang LCPKS untuk mengetahui permukaan respon
dari pengaruh faktor laju agitasi dan waktu kultivasi
METODE
Bahan
Bahan penelitian yang digunakan adalah Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit
yang diperoleh dari PT. Condong Garut, Jawa Barat. Bahan yang digunakan untuk
karakterisasi LCPKS antara lain akuades, gliserol murni, NaOH pekat, H 3 BO 3 ,
indikator campuran metilen merah dan metilen biru, HCl 0,02N, heksan, H 2 SO 4
0,3 N, NaOH 1,5 N, etanol, reagen asetic nitric. Bahan yang digunakan untuk
kultivasi awal (proses delignifikasi) antara lain LCPKS, bahan prakultur (pepton,
ekstrak khamir, dan NaCl) dan Phanarochaete crhysosporium serta PDA (Potato
Dextrose Agar) sebagai media penyegarannya. Bahan yang digunakan untuk
kultivasi proses degradasi selulosa antara lain LCPKS terdelignifikasi, gliserol
murni, chloramphenicol, dan isolat konsorsium kapang dari kolam Anaerobik-2
PTPN VII Rojosari Lampung. Bahan yang digunakan untuk kebutuhan analisis
antara lain reagen asetic nitric, kertas whatman 41, reagen D-glukosa kit, akuades
dan air bidestilata.
Alat
Alat-alat yang digunakan untuk karakterisasi antara lain timbangan analitik,
gelas ukur, gelas piala, pipet, corong, muffle furnace, cawan abu porselen, oven,
desikator, labu Kjeldahl, distilator, soxhlet, corong, dan labu sentrifuse 50 mL.
Alat yang digunakan untuk kultivasi awal (proses delignifikasi) antara lain , jarum
ose, bunsen, erlenmeyer 100 mL dan 500 mL, pipet mikro, alat pengocok linier
120 rpm pada suhu ruang (26-30°C). Alat yang digunakan untuk kultivasi antara
lain pipet mikro, erlenmeyer 300 mL, waterbath shaker, dan kapas. Alat-alat yang
digunakan untuk analisis antara lain pipet mikro, sentrifuse, vortex, tabung
sentrifuse 15 mL, eppendorf tube 1.5 mL, spektrofotometer Genesys UV Vis dan
pompa vakum.
Tahapan Penelitian
Tahapan penelitian menjelaskan langkah-langkah yang dilakukan dalam
mencapai tujuan penelitian. Langkah-langkah penelitian dapat dilihat pada
Gambar 1.
5
Mulai
Karakterisasi LCPKS
Penentuan pengaruh faktor reaksi yaitu
laju agitasi dan waktu kultivasi
Penentuan kondisi terbaik dari pengaruh
faktor laju agitasi dan waktu kultivasi
Selesai
Gambar 1 Tahapan penelitian
Karakterisasi Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit
Karakterisasi LCPKS dilakukan untuk mengetahui karakteristik LCPKS
sebagai bahan yang akan digunakan sebagai media substrat dalam proses
degradasi selulosa. Parameter yang dilakukan untuk mengetahui karakteristik
LCPKS antara lain meliputi uji proksimat dan total padatan. Prosedur
karakterisasi dari LCPKS dapat dilihat pada Lampiran 1.
Penentuan Pengaruh Faktor Laju Agitasi dan Waktu Kultivasi
Faktor – faktor yang berpengaruh pada proses degradasi selulosa ini antara
lain laju agitasi dan waktu kultivasi. Sebelum dilakukan proses degradasi selulosa,
media LCPKS didelignifikasi terlebih dahulu. Delignifikasi dilakukan dengan
menggunakan P. crhysosporium. Sebanyak 3 ose P. crhysosporium yang sudah
disegarkan dalam PDA, dipropagasi ke dalam erlenmeyer 100 mL berisi 20 mL
media prakultur selama 4 hari, pada suhu ruang (26-30 °C) menggunakan alat
pengocok linier 120 rpm. Persiapan media sakarifikasi dilakukan dengan cara
melarutkan media prakultur dengan 100 mL LCPKS dalam erlenmeyer 500 mL
kemudian disterilkan. Setelah dingin, P. crhysosporium diinokulasikan sebanyak
1% dan diinkubasi selama 7 hari menggunakan alat pengocok linier 120 rpm pada
suhu ruang (26-30 °C). Setelah proses delignifikasi selesai, sebanyak 40 mL
media degradasi selulosa dipindahkan ke dalam erlenmeyer 300 mL dan
disterilkan. Setelah steril, diberi 40 μL cloramphenicol agar tidak ada bakteri yang
tumbuh. kultivasi konsorsium kapang untuk penentuan pengaruh laju agitasi dan
waktu kultivasi.
Pada tahapan penentuan pengaruh laju agitasi dan waktu kultivasi dilakukan
kultivasi konsorsium kapang pada LCPKS dengan menggunakan waterbath
shaker. LCPKS steril yang sudah didelignifikasi ditambahkan konsorsium kapang
6
sebanyak 1% dari volume total media. Proses degradasi selulosa dilakukan pada
suhu 370C. Laju agitasi yang digunakan pada proses ini adalah 100 rpm – 150 rpm.
Laju agitasi menunjukkan adanya oksigen yang terlibat dalam proses degradasi
selulosa. Proses kultivasi ini dilakukan selama dua-enam hari. Faktor – faktor ini
berpengaruh dalam pendegradasian selulosa yang terkandung dalam LCPKS.
Penentuan pengaruh faktor tersebut dilakukan menggunakan tiga titik pusat
dengan nilai rendah dan nilai tinggi pada perlakuan percobaan dari masing –
masing faktor yang disajikan dalam Tabel 1.
Tabel 1 Nilai rendah dan nilai tinggi dari perlakuan percobaan
No.
Jenis Perlakuan
Kode
Nilai Rendah
1.
Agitasi (rpm)
X1
100
2.
Waktu kultivasi (hari)
X2
2
Nilai Tinggi
150
6
Model rancangan percobaan faktorial untuk mengetahui pengaruh linier
yang diinginkan dapat dilihat pada Persamaan -1 (Berger et al. 2002).
� = β0 + ∑2�=1 β� �� + ∑�
DEGRADASI SELULOSA LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA
SAWIT OLEH KONSORSIUM KAPANG SECARA AEROBIK
DIAN SUKMA RIANY
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Permukaan Respon
Pengaruh Agitasi Dan Lama Degradasi Selulosa Limbah Cair Pabrik Kelapa
Sawit Oleh Konsorsium Kapang Secara Aerobik adalah benar karya saya dengan
arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada
perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya
yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam
teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Januari 2014
Dian Sukma Riany
NIM F34090146
ABSTRAK
DIAN SUKMA RIANY. Permukaan Respon Pengaruh Agitasi Dan Lama
Degradasi Selulosa Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Oleh Konsorsium Kapang
Secara Aerobik. Dibimbing oleh ENDANG GUMBIRA SA’ID dan PRAYOGA
SURYADARMA.
Permukaan respon dari laju agitasi dan waktu kultivasi diinvestigasi
terhadap degradasi selulosa dalam Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS).
Penentuan pengaruh faktor laju agitasi diukur pada kisaran nilai 100-150 rpm.
Sementara, pengaruh dari waktu kultivasi dianalisis pada kisaran dua-enam hari.
Pengaruh dari kedua faktor tersebut dianalisis menggunakan central point design
dan permukaan respon dari hubungan kedua faktor pada degradasi selulosa
ditentukan dengan rancangan Central Composit Design (CCD). Hasil penelitian
menunjukkan bahwa laju agitasi dengan selang kepercayaan 89.22 % dan waktu
kultivasi dengan selang kepercayaan 53.33 % akan berpengaruh negatif terhadap
selulosa yang terdegradasi. Bentuk permukaan respon yang dihasilkan
berdasarkan pengaruh laju agitasi dan waktu kultivasi adalah Y= 0.563333 0.218137X 1 - 0.087752X 2 - 0.071667X 1 2 + 0.002265X 1 X 2 + 0.098334X 2 2.
Kata kunci: Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit, agitasi, waktu kultivasi, degradasi,
selulosa, konsorsium, aerobik
ABSTRACT
DIAN SUKMA RIANY. Response Surface of Agitation Effect and Cellulose
Degradation Time of Palm Oil Mill Effluents by Fungal Consortia in Aerobic
Condition. Supervised by ENDANG GUMBIRA SA’ID and PRAYOGA
SURYADARMA.
The response surface of agitation and cultivation time were investigated on
the degradation of cellulose in palm oil mill effluents (POME). The effect of
agitation was measured at range of 100 -150 rpm. Meanwhile, the effect of
cultivation time was analyzed at range of two to six days. The influences of
factors were analyzed by using center point design and response surface of
relationship between both factors towards cellulose degradation was determined
by using central composite design. As a result, the agitation rate was significantly
(89.22 %) and cultivation time was significantly (53.33 %) reduced the cellulose
degradation. The response surface of agitation rate and cultivation time effect was
a saddle point with Y= 0.563333 - 0.218137X 1 - 0.087752X 2 - 0.071667X 1 2 +
0.002265X 1 X 2 + 0.098334X 2 2.
Keyword: Palm Oil Mill Effluents, agitation, cultivation time, degradation,
cellulose, concortia, aerobic
PERMUKAAN RESPON PENGARUH AGITASI DAN LAMA
DEGRADASI SELULOSA LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA
SAWIT OLEH KONSORSIUM KAPANG SECARA AEROBIK
DIAN SUKMA RIANY
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknologi Industri Pertanian
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Skripsi : Permukaan Respon Pengaruh Agitasi Dan Lama Degradasi
Selulosa Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Oleh Konsorsium
Kapang Secara Aerobik.
Nama
: Dian Sukma Riany
NIM
: F34090146
Disetujui oleh
Prof Dr Ir E.Gumbira Sa’id, MA Dev
Pembimbing I
Dr Prayoga Suryadarma, STP MT
Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Ir Nastiti Siswi Indrasti
Ketua Departemen
Tanggal Lulus :
Judul Skripsi
Nama
NIM
Permukaan Respon Pengaruh Agitasi Dan Lama Degradasi
Selulosa Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Oleh Konsorsium
Kapang Secara Aerobik.
Dian Sukma Riany
F34090146
Disetujui oleh
, MADev
Pembimbing I
Tanggal Lulus :
Dr Prayoga Suryadarma, STP MT
Pembimbing II
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa,
karena atas segala karunia-Nya karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul
penelitian yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Agustus –
November 2013 ini ialah Permukaan Respon Pengaruh Agitasi Dan Lama
Degradasi Selulosa Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Oleh Konsorsium Kapang
Secara Aerobik.
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih kepada para
personalia di bawah ini :
1. Bapak Prof Dr Ir Endang Gumbira Sa’id MA Dev dan Bapak Dr Prayoga
Suryadarma STP MT selaku dosen pembimbing akademik yang telah
memberikan arahan, ilmu, nasihat serta bimbingan baik selama penulis
menjalani kegiatan akademis, penelitian dan penulisan skripsi.
2. Ibu Dr Ir Ika Amalia MT selaku dosen penguji yang telah banyak
memberikan saran untuk penyempurnaan skripsi ini.
3. Pabrik Kelapa Sawit (PKS) PTPN VII Rojosari Lampung dan PT Condong
Garut atas bantuan pengadaan sampel limbah cair pabrik kelapa sawit untuk
penelitian, khususnya kepada Bapak Sumarno, Bapak Undang Kadarisman
dan Bapak Yanto.
4. Pimpinan Pusat Penelitian Sumberdaya Hayati dan Bioteknologi (PPSHB)
Pusat Antar Universitas IPB yang telah mengizinkan penulis melakukan
penelitian di Laboratorium Rekayasa Bioproses.
5. Seluruh staf dan laboran Departemen Teknologi Industri Pertanian atas
bimbingannya kepada penulis selama melakukan penelitian ini,
6. Orangtua (ayah, ibu), kakak, seluruh keluarga dan Chandra Yudhystira
Sulistyansyah atas pengertian, pengorbanan, kasih sayang, dukungan,
semangat dan doa-doanya.
7. Rekan sesama tim penelitian (Lianitha Kurniawati, Ricky Susanto Putra,
Budimandra Harahap) atas kekompakkan, kerja sama dan kebersamaannya.
8. Seluruh teman-teman Teknologi Industri Pertanian (TIN), khususnya
angkatan 46 atas persaudaraan dan persahabatan yang telah terjalin.
9. Teman-teman Uni Konservasi Fauna (UKF) IPB dan Himpunan Mahasiswa
Teknologi Industri (HIMALOGIN) IPB atas kebersamaannya dan pelajaran
hidup yang tidak terlupakan selain pada bidang akademik.
10. Semua pihak yang telah memberikan dukungan dan bantuan kepada penulis.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi kalangan sivitas akademik dan
pihak yang membutuhkan untuk perkembangan ilmu pengetahuan.
Bogor, Januari 2014
Dian Sukma Riany
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
3
Tujuan Penelitian
3
Manfaat Penelitian
3
Ruang Lingkup Penelitian
4
METODE
4
Bahan
4
Alat
4
Tahapan Penelitian
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
7
Karakteristik LCPKS
7
Penentuan Pengaruh Faktor
9
Permukaan Respon
SIMPULAN DAN SARAN
12
13
Simpulan
13
Saran
14
DAFTAR PUSTAKA
14
LAMPIRAN
16
RIWAYAT HIDUP
21
DAFTAR TABEL
1 Nilai rendah dan nilai tinggi dari perlakuan percobaan
2 Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) segar
3 Pengaruh linier dari faktor utama dan interaksi faktor terhadap
penurunan selulosa LCPKS
4 Pengaruh linier faktor utama dan interaksi faktor terhadap jumlah
glukosa
5 Pengaruh linier dari faktor utama dan interaksi faktor terhadap
biomassa
6
8
9
12
12
DAFTAR GAMBAR
1. Tahapan penelitian
2. Pola interaksi antara waktu kultivasi (X 2 ) dan laju agitasi (X 1 ) terhadap
5
10
penurunan jumlah selulosa
3. Struktur Selulosa
4. Permukaan respon dari penurunan jumlah selulosa sebagai fungsi
dari agitasi (X 1 ) dan waktu kultivasi (X 2 )
10
13
DAFTAR LAMPIRAN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Prosedur uji proksimat LCPKS
Prosedur analisis residual selulosa (Updegraff 1969)
Prosedur pengukuran biomassa
Prosedur D-glukosa menggunakan kit katalog nomor 10 716 251 035
Hasil analisis respon penurunan selulosa pada LCPKS
Hasil analisis respon biomassa pada LCPKS
Hasil analisis respon glukosa pada LCPKS
Hasil statistik pengaruh optimasi dan % pengaruh variabel terhadap
penurunan selulosa
16
17
18
18
19
19
20
20
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Indonesia merupakan negara penghasil CPO (Crude Palm Oil) terbesar di
dunia. Persentase jumlah CPO yang dihasilkan pabrik minyak kelapa sawit akan
berimplikasi nyata terhadap limbah yang akan dihasilkan, termasuk Limbah Cair
Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS). Menurut Baharuddin et al. (2010), LCPKS yang
belum diolah mengandung 41g/L total padatan dengan persentase selulosa
sebanyak 38.36%, hemiselulosa sebesar 23.21%, dan 26.72% lignin terdapat di
dalam padatan tersebut. Berdasarkan hal tersebut, LCPKS dapat dijadikan substrat
untuk menghasilkan bioproduk, yaitu dalam bentuk gula-gula sederhana.
Gula-gula sederhana yang akan digunakan menjadi substrat bioproduk harus
melewati tahapan hidrolisis, yaitu proses degradasi selulosa dan hemiselulosa.
Pada penelitian ini dikaji tentang proses degradasi selulosa. Proses degradasi
selulosa dapat dilakukan dengan memanfaatkan mikroorganisme penghasil enzim
selulase.
Proses hidrolisis secara enzimatis ini memiliki beberapa keuntungan jika
dibandingkan dengan hidrolisis asam (kimia) antara lain tidak terjadi degradasi
gula hasil hidrolisis. Pada hidrolisis asam umumnya digunakan suhu dan tekanan
yang tinggi. Suhu yang lebih tinggi akan mempermudah dekomposisi gula
sederhana dan senyawa lignin (Mussatto dan Roberto 2004). Pada suhu dan
tekanan tinggi, glukosa dan xilosa akan terdegradasi menjadi furfural dan
hidroksimetilfurfural. Jika furfural dan hidroksimetilfurfural terdekomposisi lanjut,
akan didapat asam levulinat dan asam formiat (Mussatto dan Roberto 2004;
Palmqvist dan Hahn-Hagerdal 2000). Proses degradasi selulosa secara enzimatis
juga dapat terjadi pada kondisi proses yang lebih lunak, yakni pada suhu dan
tekanan yang rendah serta pada pH netral. Selain itu, proses enzimatis merupakan
proses yang lebih ramah lingkungan (Gunam et al. 2011).
Mikroorganisme selulotik yang digunakan pada proses degradasi selulosa
adalah kapang. Menurut Mathew et al. (2008), kemampuan degradasi selulosa
kapang lebih baik dibandingkan bakteri. Hal ini terkait dengan enzim yang
dihasilkan yang terlibat dalam proses degradasi selulosa tersebut. Menurut
Purwadaria et al. (2003), seluruh komponen enzim yang menguraikan selulosa
amorf (CMCase), selulosa kristal (aviselase dan FPase), dan eksoglukanase
(selobiohidrolase) lebih tinggi pada enzim kapang dibandingkan enzim bakteri,
terutama β-glukosidase. Terdapat 25 kapang yang telah diidentifikasi dalam
LCPKS dan cukup memiliki potensi untuk menghasilkan enzim selulolitik, salah
satunya adalah kapang Trichoderma reesei RUT C-30 (Rashid et al. 2009),
Pada penelitian ini digunakan konsorsium atau campuran kapang agar
mendapatkan hasil yang lebih optimal. Menurut Komarawidjaja (2009) dan
Jadhav et al. (2008), pemanfaatan campuran kultur mikroorganisme akan
memberikan hasil yang lebih efektif karena kerja enzim dari setiap jenis
mikroorganisme dapat saling melengkapi agar dapat bertahan hidup dengan
sumber nutrisi yang tersedia. Pemanfaatan kapang yang tergabung dalam
konsorsium yang secara alami ada di dalam LCPKS akan membuat proses
degradasi selulosa menjadi lebih ekonomis dan memudahkan dalam tahapan
selanjutnya. Hal ini dikarenakan kapang tersebut sudah memiliki kemampuan
2
adaptasi yang baik dengan limbah cair ini sebagai lingkungan awal tempat
hidupnya. Sehingga dengan adanya habituasi yang singkat, maka fase adaptasi
atau fase lag akan menjadi lebih pendek. Fase permulaan (fase lag) adalah fase
penyesuaian sel-sel dengan lingkungan dan pembentukkan enzim-enzim untuk
mengurai substrat sebelum fase eksponensial (Moore dan Landecker 1996).
Agitasi merupakan faktor penting yang berfungsi untuk mengatur transfer
oksigen dan pencampuran nutrien secara homogen dalam proses fermentasi.
Agitasi mempengaruhi pertumbuhan sel dan produksi selulase (Fadzilah dan
Mashitah 2010). Agitasi juga diperlukan karena kelarutan oksigen menurun
seiring dengan naiknya suhu. Hubungan antara oksigen dan suhu berbanding
terbalik, jika temperatur sangat tinggi maka kelarutan oksigen menurun, begitu
pula sebaliknya. Hal ini dikarenakan pada suhu yang tinggi maka terjadi
penguapan dipermukaan air, sehinggga kelarutan oksigen menurun (Mulyanto
1992). Menurut Boyd (1988), dekomposisi bahan organik dan oksidasi bahan
anorganik dapat mengurangi kadar oksigen terlarut hingga mencapai nol (anaerob).
Kondisi anaerobik ini tidak diinginkan pada penelitian ini, oleh karena itu, faktor
agitasi penting untuk dikaji pada proses degradasi selulosa agar kondisi aerobik
tercapai.
Pertumbuhan mikroorganisme cukup erat kaitannya dengan keberadaan
oksigen. Pada kondisi lingkungan aerob, maka laju pertumbuhan
mikrooorganisme menjadi lebih cepat. Tentunya hal ini akan berkorelasi dengan
penurunan selulosa yang diharapkan dapat berhubungan positif dengan laju
pertumbuhan mikroorganisme tersebut. Penelitian yang telah dilakukan oleh
Fadzilah dan Mashitah (2010) juga telah mengkaji mengenai produksi selulase
oleh kultur Pycnoporus sanguineus dalam bioreaktor 2.5 L berpengaduk. Hasil
yang didapatkan adalah biomassa sel maksimum sebesar 3.16 g/ L dan aktivitas
selulase sebesar 0.1748 FPU mL-1 yang dicapai pada tingkat aerasi sebesar 1.0
vvm dan kecepatan agitasi sebesar 300 rpm.
Menurut Rashid et al. (2011), waktu sakarifikasi atau waktu kultivasi
merupakan faktor penting penting pada kondisi proses sakarifikasi atau degradasi
selulosa. Waktu kultivasi untuk produksi enzim selulase berbeda-beda pada
berbagai substrat. Penelitian yang dilakukan oleh Gunam et al. (2011) didapatkan
hasil kombinasi perlakuan terbaik untuk produksi enzim selulase kasar adalah
pada konsentrasi substrat ampas tebu 3% dengan lama kultivasi tujuh hari dengan
nilai rata-rata aktivitas selulase (filter paperase) sebesar 0.771 unit/mL filtrat.
Penelitian lainnya terkait waktu kultivasi dilakukan pula oleh Gaffar (2009),
didapatkan hasil pada proses degradasi enzimatik selulosa dari batang pohon
pisang oleh kapang Trichoderma viride, jumlah gula pereduksi optimum dicapai
pada waktu kultivasi selama delapan hari. Penelitian lainnya terkait waktu
kultivasi didapatkan hasil pada proses sakarifikasi enzimatik pada tandan buah
kosong sawit menggunakan Trichoderma reesei RUT C-30 diperoleh rendemen
gula pereduksi tertinggi sebesar 41.82% dengan waktu sakarifikasi 120 jam
(Rashid et al. 2011).
Beberapa faktor penting di dalam proses degradasi selulosa seperti yang
telah dipaparkan sebelumnya perlu untuk dianalisis lebih lanjut untuk
menghasilkan kondisi optimum proses degradasi selulosa pada LCPKS ini.
Pengaruh mengenai agitasi dan waktu kultivasi dikaji dan dianalisis lebih lanjut
3
dalam penelitian ini untuk mengetahui kondisi proses yang optimum untuk proses
degradasi selulosa pada LCPKS yang dilakukan secara aerobik.
Perumusan Masalah
LCPKS dihasilkan dalam jumlah cukup besar sebagai limbah dari pabrik
kelapa sawit. Komponen yang terdapat pada LCPKS diantaranya adalah bahan
lignoselulosa, yaitu lignin, selulosa dan hemsiselulosa. Bahan lignoselulosa ini
dapat dimanfaatkan lebih lanjut sebagai substrat bioproduk. Pengolahan LCPKS
untuk menjadi bioproduk tersebut membutuhkan beberapa tahapan, salah satunya
adalah proses degradasi selulosa yang pada prosesnya dibutuhkan
mikroorganisme yang berkemampuan untuk mendegradasi selulosa tersebut.
Proses degradasi selulosa dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya laju
agitasi dan waktu kultivasi. Laju agitasi dibutuhkan untuk mengatur kebutuhan
oksigen bagi aktivitas metabolik mikroorganisme. Pertumbuhan mikroorganisme
cukup erat kaitannya dengan keberadaan oksigen. Pada kondisi lingkungan
aerobik, maka laju pertumbuhan mikrooorganisme menjadi lebih cepat. Jika laju
pertumbuhan selnya cepat, maka jumlah mikroorganisme pendegradasi selulosa di
dalamnya semakin banyak, sehingga selulosa LCPKS pun banyak yang
terdegradasi (Meryandini et al. 2009).
Namun selain dapat mempercepat pertumbuhan sel, laju agitasi juga dapat
memberikan pengaruh negatif pada pertumbuhan kapang. Menurut Singh (2006)
kecepatan agitasi yang terlalu tinggi dapat mengganggu dinding sel kapang. Selain
itu, bukan hanya banyaknya sel mikroorganisme saja yang diharapkan, akan tetapi
kemampuan dari masing-masing mikroorganisme di dalamnya pun harus baik
pula. Hal ini dapat dilihat melalui laju degradasi dari setiap mikroorganisme
selama proses degradasi selulosa pada waktu tertentu. Sehingga untuk mencapai
hal itu maka dibutuhkan waktu kultivasi yang optimum. Oleh karena itu,
diperlukan penentuan pengaruh faktor laju agitasi dan waktu kultivasi dalam
proses degradasi selulosa oleh konsorsium kapang agar dapat ditentukan lebih
lanjut untuk mementukan permukaan respon dari faktor yang berpengaruh
tersebut.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan pengaruh faktor laju agitasi
dan waktu kultivasi serta mengetahui permukaan respon dalam proses degradasi
selulosa pada limbah cair pabrik kelapa sawit oleh konsorsium kapang secara
aerobik.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini bermanfaat untuk dijadikan informasi dasar mengenai
pengolahan bahan yang mengandung lignoselulosa yang akan diolah menjadi
media substrat proses produksi menjadi bioproduk.
4
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini meliputi hal- hal berikut :
1. Karakterisasi awal LCPKS
2. Kultivasi konsorsium kapang LCPKS untuk mendapatkan pengaruh faktor laju
agitasi dan waktu inkubasi
3. Kultivasi konsorsium kapang LCPKS untuk mengetahui permukaan respon
dari pengaruh faktor laju agitasi dan waktu kultivasi
METODE
Bahan
Bahan penelitian yang digunakan adalah Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit
yang diperoleh dari PT. Condong Garut, Jawa Barat. Bahan yang digunakan untuk
karakterisasi LCPKS antara lain akuades, gliserol murni, NaOH pekat, H 3 BO 3 ,
indikator campuran metilen merah dan metilen biru, HCl 0,02N, heksan, H 2 SO 4
0,3 N, NaOH 1,5 N, etanol, reagen asetic nitric. Bahan yang digunakan untuk
kultivasi awal (proses delignifikasi) antara lain LCPKS, bahan prakultur (pepton,
ekstrak khamir, dan NaCl) dan Phanarochaete crhysosporium serta PDA (Potato
Dextrose Agar) sebagai media penyegarannya. Bahan yang digunakan untuk
kultivasi proses degradasi selulosa antara lain LCPKS terdelignifikasi, gliserol
murni, chloramphenicol, dan isolat konsorsium kapang dari kolam Anaerobik-2
PTPN VII Rojosari Lampung. Bahan yang digunakan untuk kebutuhan analisis
antara lain reagen asetic nitric, kertas whatman 41, reagen D-glukosa kit, akuades
dan air bidestilata.
Alat
Alat-alat yang digunakan untuk karakterisasi antara lain timbangan analitik,
gelas ukur, gelas piala, pipet, corong, muffle furnace, cawan abu porselen, oven,
desikator, labu Kjeldahl, distilator, soxhlet, corong, dan labu sentrifuse 50 mL.
Alat yang digunakan untuk kultivasi awal (proses delignifikasi) antara lain , jarum
ose, bunsen, erlenmeyer 100 mL dan 500 mL, pipet mikro, alat pengocok linier
120 rpm pada suhu ruang (26-30°C). Alat yang digunakan untuk kultivasi antara
lain pipet mikro, erlenmeyer 300 mL, waterbath shaker, dan kapas. Alat-alat yang
digunakan untuk analisis antara lain pipet mikro, sentrifuse, vortex, tabung
sentrifuse 15 mL, eppendorf tube 1.5 mL, spektrofotometer Genesys UV Vis dan
pompa vakum.
Tahapan Penelitian
Tahapan penelitian menjelaskan langkah-langkah yang dilakukan dalam
mencapai tujuan penelitian. Langkah-langkah penelitian dapat dilihat pada
Gambar 1.
5
Mulai
Karakterisasi LCPKS
Penentuan pengaruh faktor reaksi yaitu
laju agitasi dan waktu kultivasi
Penentuan kondisi terbaik dari pengaruh
faktor laju agitasi dan waktu kultivasi
Selesai
Gambar 1 Tahapan penelitian
Karakterisasi Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit
Karakterisasi LCPKS dilakukan untuk mengetahui karakteristik LCPKS
sebagai bahan yang akan digunakan sebagai media substrat dalam proses
degradasi selulosa. Parameter yang dilakukan untuk mengetahui karakteristik
LCPKS antara lain meliputi uji proksimat dan total padatan. Prosedur
karakterisasi dari LCPKS dapat dilihat pada Lampiran 1.
Penentuan Pengaruh Faktor Laju Agitasi dan Waktu Kultivasi
Faktor – faktor yang berpengaruh pada proses degradasi selulosa ini antara
lain laju agitasi dan waktu kultivasi. Sebelum dilakukan proses degradasi selulosa,
media LCPKS didelignifikasi terlebih dahulu. Delignifikasi dilakukan dengan
menggunakan P. crhysosporium. Sebanyak 3 ose P. crhysosporium yang sudah
disegarkan dalam PDA, dipropagasi ke dalam erlenmeyer 100 mL berisi 20 mL
media prakultur selama 4 hari, pada suhu ruang (26-30 °C) menggunakan alat
pengocok linier 120 rpm. Persiapan media sakarifikasi dilakukan dengan cara
melarutkan media prakultur dengan 100 mL LCPKS dalam erlenmeyer 500 mL
kemudian disterilkan. Setelah dingin, P. crhysosporium diinokulasikan sebanyak
1% dan diinkubasi selama 7 hari menggunakan alat pengocok linier 120 rpm pada
suhu ruang (26-30 °C). Setelah proses delignifikasi selesai, sebanyak 40 mL
media degradasi selulosa dipindahkan ke dalam erlenmeyer 300 mL dan
disterilkan. Setelah steril, diberi 40 μL cloramphenicol agar tidak ada bakteri yang
tumbuh. kultivasi konsorsium kapang untuk penentuan pengaruh laju agitasi dan
waktu kultivasi.
Pada tahapan penentuan pengaruh laju agitasi dan waktu kultivasi dilakukan
kultivasi konsorsium kapang pada LCPKS dengan menggunakan waterbath
shaker. LCPKS steril yang sudah didelignifikasi ditambahkan konsorsium kapang
6
sebanyak 1% dari volume total media. Proses degradasi selulosa dilakukan pada
suhu 370C. Laju agitasi yang digunakan pada proses ini adalah 100 rpm – 150 rpm.
Laju agitasi menunjukkan adanya oksigen yang terlibat dalam proses degradasi
selulosa. Proses kultivasi ini dilakukan selama dua-enam hari. Faktor – faktor ini
berpengaruh dalam pendegradasian selulosa yang terkandung dalam LCPKS.
Penentuan pengaruh faktor tersebut dilakukan menggunakan tiga titik pusat
dengan nilai rendah dan nilai tinggi pada perlakuan percobaan dari masing –
masing faktor yang disajikan dalam Tabel 1.
Tabel 1 Nilai rendah dan nilai tinggi dari perlakuan percobaan
No.
Jenis Perlakuan
Kode
Nilai Rendah
1.
Agitasi (rpm)
X1
100
2.
Waktu kultivasi (hari)
X2
2
Nilai Tinggi
150
6
Model rancangan percobaan faktorial untuk mengetahui pengaruh linier
yang diinginkan dapat dilihat pada Persamaan -1 (Berger et al. 2002).
� = β0 + ∑2�=1 β� �� + ∑�