Degradasi Ampas Perasan Kelapa Sawit Menggunakan Kombinasi Kimia dan Enzimatis
DEGRADASI AMPAS PERASAN KELAPA SAWIT
MENGGUNAKAN KOMBINASI KIMIA DAN
ENZIMATIS
HERRY
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2010
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Degradasi Ampas Perasan Kelapa
Sawit Menggunakan Kombinasi Kimia dan Enzimatis adalah 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 tesis ini
Bogor, Maret 2010
Herry
NIM G452040011
ABSTRACT
Herry. Degradation Of Palm Oil Dregs Using Chemical and Enzimatic
Combination. Under direction of ZAINAL ALIM MAS’UD and KOMAR
SUTRIAH
Degradation of palm oil dregs using chemical and cellulose enzim
combination has been tried to produce simple sugar from cellulose and
hemicellulose moleculs in palm oil dregs. Combination chemical (sodium
hypochlorite and hydrogen peroxide) and enzim are used to degrade cellulose and
hemicellulose. It is proposed to produce simple sugar that can be used as raw
material resources in feed. The reason of using sodium hypochlorite and hydrogen
peroxide is their characteristic as an oxidator that can cleave molecul binding in
cellulose, hemicellulose, and also release lignin that binded with cellulose and
hemicellulose. The objective of this research is to get scientific information about
the technic of palm oil dregs degradation using combination method of chemical
and enzim. This reaserch has done on March 2008 – February 2009 at Testing
Laboratory of Balai Besar Pengembangan Budidaya Air Tawar and Laboratorium
Terpadu IPB. The procedur consists of (1) preparing palm oil dregs; (2) treatment
palm kernel meal with NaOCl – H2O2 on effect of pH (4, 6, 8, 10, 12),
temperature (25, 50, 70, 90oC), time (0,5, 3, 24, 100 hours); and then (2)
treatment palm oil dregs with combination of chemical and cellulose enzim.
The result show that NaOCl 0,12% - H2O2 1% and sulfuric acid 72% can be
effective to degrade palm kernel meal to be glucose, fructose and other sugar
compound. The effect of pH, temperature, and time on palm oil dregs treatment
can produce the glucose and fructose compound. The highest glucose compound
is reached at pH 6, 70oC and 100 hours about 9,86%, 8,24% and 12,49%
respectively. Glucose concentration on combination treatment is approximately
25,42% twice higher that treatment of time and three times from pH 6 and 70oC.
Keywords: palm oil dregs; sodium hypochlorite; hydrogen peroxide; cellulose
enzim; glucose.
RINGKASAN
Herry. Degradasi Ampas Perasan Kelapa Sawit Menggunakan Kombinasi Kimia
dan Enzimatis. Dibimbing oleh ZAINAL ALIM MAS’UD dan KOMAR
SUTRIAH.
Ampas perasan kelapa sawit merupakan hasil samping industri minyak
kelapa sawit yang cukup melimpah keberadaannya di Indonesia. Ampas perasan
kelapa sawit dapat digunakan sebagai sumber gula, sebuah alternatif sumber
bahan baku pakan ikan lokal. Namun, nilai nutrisi dan kecernaannya yang rendah
bila langsung digunakan sebagai bahan baku pakan ikan karena kandungan serat
kasar yang tinggi merupakan faktor pembatas pemanfaatannya sebagai bahan
baku pakan ikan yang tidak dapat memanfaatkan selulosa sebagai sumber
energinya. Sebagian besar masalahnya adalah fungsi struktur lignoselulosa, yang
terdiri dari selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Produk glukosa dapat dihasilkan
dari degradasi selulosa selulosa, sedangkan produk gula berkarbon lima dapat
dihasilkan dari hemiselulosa. Selulosa dan hemiselulosa pada lignoselulosa ampas
perasan kelapa sawit tidak dapat dihidrolisis kecuali lignin yang berikatan pada
lignoselulosa dihilangkan terlebih dahulu. Berdasarkan fakta tersebut perlu
dilakukan usaha merekayasa ampas perasan kelapa sawit secara kimia dan
enzimatis sehingga menghasilkan bahan baku pakan ikan yang nilai nutrisi dan
kecernaannya tinggi.
Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh informasi ilmiah mengenai
teknik degradasi ampas perasan kelapa sawit dengan menggunakan metode
kombinasi kimia dan enzimatik. Sementara manfaat penelitian ini adalah untuk
memberikan salah satu teknik pengolahan ampas perasan kelapa sawit sebagai
bahan baku pakan ikan sehingga dapat meningkatkan nilai ekonomis ampas
perasan kelapa sawit.
Metode degradasi ampas perasan kelapa sawit yang digunakan adalah
metode kombinasi kimia dan enzimatik dengan menggunakan natrium hipoklorithidrogen peroksida untuk proses delignifikasi dan degradasi selulosa menjadi
glukosa menggunakan hidrolisis asam sulfat dan enzima selulase. Penggunaan
natrium hipoklorit dan hidrogen peroksida adalah karena sifat pengoksidasinya
yang cukup kuat sehingga dapat menghilangkan lignin ada di dalam molekul
lignoselulosa yang berikatan dengan selulosa atau hemiselulosa yang akan
didegradasi oleh asam sulfat dan enzim selulase.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% dan
asam sulfat 72% dapat dapat digunakan untuk degradasi ampas perasan kelapa
sawit menjadi glukosa, fruktosa dan senyawa gula lainnya. Pengaruh larutan
NaOCl 0,12% - H2O2 1% dengan variasi pH, suhu, waktu dan asam sulfat 72%
pada pelakuan ampas perasan kelapa sawit menunjukkan adanya pengaruh
terhadap kandungan glukosa dan fruktosa yang dihasilkan. Kandungan glukosa
tertinggi didapat pada perlakuan larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada pH 6,
suhu 70oC dan waktu 100 jam dengan nilai berturut-turut 9,86%, 8,24% dan
12,49%. Konsentrasi glukosa pada perlakuan kombinasi didapat hasil sebesar
25,42% lebih tinggi dua kali dari perlakuan waktu dan tiga kali dari perlakuan pH
dan suhu pada kandungan glukosa tertinggi dari masing-masing perlakuan.
Kata Kunci: Ampas perasan kelapa sawit; natrium hipoklorit, hidrogen
peroksida, enzime selulase, glukosa.
DEGRADASI AMPAS PERASAN KELAPA SAWIT
MENGGUNAKAN KOMBINASI KIMIA DAN
ENZIMATIS
HERRY
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelas
Magister Sains pada
Program Studi Kimia
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2010
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2010
Hak Cipta dilindungi Undang-Undan
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah, dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
yang wajar IPB. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau
seluruh karya tulis dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
DEGRADASI AMPAS PERASAN KELAPA
SAWIT MENGGUNAKAN KOMBINASI KIMIA
DAN ENZIMATIS
HERRY
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelas
Magister Sains pada
Program Studi Kimia
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2010
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Prof. Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi, M.Si
Judul Tesis
Nama
NIM
: Degradasi Ampas Perasan Kelapa Sawit Menggunakan
Kombinasi Kimia dan Enzimatis.
: Herry
: G452040011
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Zainal Alim Mas’ud, DEA
Ketua
Drs. Komar Sutriah, M.S
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Kimia
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Ir. Latifah K. Darusman, M.S
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S
Tanggal Ujian : 02 Maret 2010
Tanggal Lulus
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam
penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2008 ini ialah degradasi ampas
perasan kelapa sawit, dengan judul degradasi ampas perasan kelapa sawit
menggunakan kombinasi kimia dan enzimatis.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Zainal Alim Mas’ud, DEA
dan Bapak Drs. Komar Sutriah, M.S selaku pembimbing, serta Pak Muhammad
Farid yang telah banyak memberikan saran. Di samping itu, penghargaan penulis
sampaikan kepada Nurdiyan, Mas Khotib, Pak Farid, Mila, Ian, Ibu Eti Pak
Wawan dan staf Laboratorium Terpadu serta pegawai Laboratorium Nutrisi Balai
Besar Pengembangan Budidaya Air Tawar Sukabumi yang telah membantu
selama pelaksanaan penelitian ini, serta M. Rafi, S.Si, M.Si atas nasehat dan
luangan waktu dalam diskusi hasil penelitian. Ungkapan terima kasih dan doa
juga disampaikan kepada istriku dan anakku tercinta, ayah, mama, bapak mertua,
ibu mertua, dan mega serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Maret 2010
Herry
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 5 Agustus 1977 sebagai anak
kedua dari pasangan Budjang dan Wati. Pendidikan sarjana ditempuh di Program
Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB, lulus tahun
2001. Pada tahun 2004, penulis diterima di Program Studi Kimia pada Sekolah
Pascasarjana IPB. Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari Departemen
Pendidikan Nasional Republik Indonesia.
Penulis bekerja sebagai Perekayasa di Balai Besar Pengembangan Budidaya
Air Tawar Sukabumi - Departemen Kelautan dan Perikanan sejak tahun 2005 dan
pernah bekerja di Laboratorium Terpadu IPB dari tahun 2001 sampai 2004.
Bidang penelitian yang menjadi minat utama penulis ialah teknologi pengolahan
bahan baku pakan dan pakan ikan.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL…………………………………………………..................
Halaman
xii
DAFTAR GAMBAR………………………………………………………......
xiii
DAFTAR LAMPIRAN…………………………………………………….......
xiv
PENDAHULUAN
Latar Belakang……………………………………………………….......
Tujuan dan Manfaat Penelitian...…………………………….........……
1
2
TINJAUAN PUSTAKA
Ampas Perasan Kelapa Sawit Sebagai Biomassa Lignoselulosa.............
Selulosa.………….……..........................................................................
Hemiselulosa..........................................................................................
Lignin .....................................................................................................
Metode Perlakuan Untuk lignoselulosa ..................................................
Kombinasi Kimia dan Enzimatis ............................................................
Natrium Hipoklorit ..................................................................................
Hidrogen Peroksida ................................................................................
Campuran Natrium Hipoklorit dan Hidrogen peroksida .........................
Degradasi Selulosa ...................................................................................
Hidrolisis Asam .........................................................................................
Hidrolisis Enzimatis .................................................................................
3
5
6
8
9
10
11
12
13
14
15
15
BAHAN DAN METODE
Waktu dan Tempat Penelitian..................................................................
Bahan dan Alat .......................................................................................
Persiapan Ampas Perasan Kelapa Sawit ..................................................
Larutan NaOCl-H2O2 Induk .....................................................................
Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% untuk Perlakuan...................................
Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% H2O2 1% dengan variasi pH dan H2SO4 72% ........................................
Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% H2O2 1% dengan variasi Suhu dan H2SO4 72% ........................................
Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% H2O2 1% dengan variasi waktu dan H2SO4 72% ......................................
Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% H2O2 1% pada pH 7, suhu 70oC dan waktu 100 jam dan kombinasi
hidrolisis enzim selulase dan H2SO4 72% ..............................................
17
17
17
17
17
18
18
19
19
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tahap Pertama : Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan
Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada variasi pH, Suhu, waktu dan
Hidrolisis H2SO4 72%…..........................................................................
Tahap Kedua: Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan
Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada pH 6, Suhu 700C, waktu 100
jam dan Kombinasi Hidrolisis Enzim Selulase dan H2SO4 72%..............
20
SIMPULAN DAN SARAN………………………………………………..............
27
DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………................
28
LAMPIRAN…………………………………………………………………...........
31
24
DAFTAR TABEL
Halaman
1. Komposisi Bahan-Bahan Lignoselulosa…..……………………………....
4
2. Metode Treatmen Biomassa Lignoselulosa......…………………………...
3. Waktu Retensi (tR) dari Ampas Perasan Kelapa Sawit Perlakuan NaOCl
0,12% dan H2O2 1% dengan variasi pH, Suhu dan Waktu.......................
4. Luas Peak dari Ampas Perasan Kelapa Sawit Perlakuan NaOCl
0,12% dan H2O2 1% dengan variasi pH, Suhu dan Waktu.......................
10
22
23
DAFTAR GAMBAR
1.
Halaman
Pengolahan buah sawit menghasilkan produk utama minyak sawit serta
produk samping ………………………………...................…………..… 2
2.
Sruktur Sekunder Dingding Sel Selulosa, Hemiselulosa, dan Lignin dari
Bahan Lignoselulosa................................................................................
4
3.
Struktur Selulosa………….……….....………………………………….
5
4.
Struktur Hemiselulosa ……..........……………………………………….
6
5.
Struktur Lignin....................……………………………………………..
7
6.
Aktifasi Hidrogen Peroksida.................................................................
12
7.
Skema turunan senyawa oksigen reaktif dari NaOCl dan H2O2.............
14
8.
Diagram dari reaksi enzim selulase pada hidrolisis selulosa……............
16
9.
Persen bobot ampas perasan kelapa sawit yang hilang pada Perlakuan
NaOCl 0,12% dan H2O2 1% dengan variasi pH.....................................
21
10. Persen bobot ampas perasan kelapa sawit yang hilang pada Perlakuan
NaOCl 0,12% dan H2O2 1% dengan variasi suhu...................................... 21
11. Persen bobot ampas perasan kelapa sawit yang hilang pada Perlakuan
21
NaOCl 0,12% dan H2O2 1% dengan variasi waktu................................
12. Kandungan glukosa hasil hidrolisis asam sulfat 72% pada ampas
perasan kelapa sawit Perlakuan NaOCl 0,12% dan H2O2 1% dengan
variasi pH, suhu dan waktu ...................................................................... 21
13. Kandungan glukosa pada ampas perasan kelapa sawit Perlakuan
kombinasi dibandingkan variasi pH, suhu dan waktu.............................
22
14. Kromatogram KCKT ampas perasan kelapa sawit Perlakuan kombinasi.. 23
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1. Diagram alir penelitian tahap pertama .........………….........................................
32
2. Diagram alir penelitian tahap kedua .........……………………..........................
33
3. Perlakuan ampas perasan kelapa sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1%
pada variasi pH dan H2SO4 72% ....................................................................
4. Perlakuan ampas perasan kelapa sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1%
pada variasi Suhu dan H2SO4 72%.......................................................................
5. Perlakuan ampas perasan kelapa sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1%
pada Waktu variasi dan H2SO4 72% ..................................................................
6. Perlakuan ampas perasan kelapa sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1%
Enzim Selulase dan H2SO4 72%...........................................................................
7. Kadar ampas perasan kelapa sawit yang Hilang selama Perlakuan Larutan
NaClO 0,12% - H2O2 ............................................................................................
8. Luas Peak dan Waktu Retensi (tR) Standar Gula.................................................
34
35
36
37
38
39
9. Luas Peak dan Waktu Retensi (tR) ampas perasan kelapa sawit Perlakuan ..........
40
10. Kandungan Komposisi Glukosa dan Fruktosa pada Sampel ampas perasan
kelapa sawit Perlakuan........................................................................................
41
11. Kromatogram Standar Gula Menggunakan KCKT..............................................
42
12. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh pH 4 pada analisa
Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT............................................
43
13. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh pH 6 pada analisa
Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT............................................
44
14. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh pH 8 pada analisa
Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT............................................
45
15. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh pH 10 pada analisa
Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT ............................................
46
16. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh pH 12 pada analisa
Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT............................................
47
17. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh T25 oC pada analisa
Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT............................................
48
18. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh T50 oC pada analisa
Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT............................................
49
19. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh T70 oC pada analisa
Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT............................................
50
20. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh T90 oC pada analisa
Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT............................................
51
21. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh waktu 0,5 jam pada analisa
Kandungan Gula Menggunakan KCKT.................................................................
52
22. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh waktu 3 jam pada analisa
Kandungan Gula Menggunakan KCKT.......... ..................................................
53
23. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh waktu 24 jam pada analisa
Kandungan Gula Menggunakan KCKT........ ......................................................
54
24. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh waktu 100 jam pada analisa
Kandungan Gula Menggunakan KCKT...... .......................................................
25. Kromatogram Kombinasi Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1%, H2SO4 72% dan
enzime selulase pada analisa Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT
55
56
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Ampas perasan kelapa sawit merupakan hasil samping industri minyak
kelapa sawit yang cukup melimpah keberadaannya di Indonesia. Setiap tahun
dihasilkan 5.394 metrik ton ampas perasan kelapa sawit (Hem, 2005). Ampas
perasan kelapa sawit dapat digunakan sebagai sumber gula (karbohidrat), sebuah
alternatif sumber bahan baku pakan ikan lokal. Namun, nilai nutrisi dan
kecernaannya yang rendah bila langsung digunakan sebagai bahan baku pakan
ikan karena
kandungan serat kasar yang tinggi merupakan faktor pembatas
pemanfaatannya sebagai bahan baku pakan ikan yang tidak dapat memanfaatkan
selulosa sebagai sumber energinya.
Sebagian besar masalahnya adalah fungsi struktur lignoselulosa (Sun,
2002), yang terdiri dari selulosa (senyawa gula berkarbon enam), hemiselulosa
(senyawa gula berkarbon lima), dan lignin (senyawa polifenol). Produk glukosa
dapat dihasilkan dari degradasi selulosa selulosa, sedangkan produk gula
berkarbon lima dapat dihasilkan dari hemiselulosa (Klass, 1998). Selulosa dan
hemiselulosa pada lignoselulosa ampas perasan kelapa sawit tidak dapat
dihidrolisis kecuali lignin yang berikatan pada lignoselulosa dihilangkan terlebih
dahulu. Lignin secara kimia berikatan dengan komponen selulosa dan
hemiselulosa dan secara fisik bertindak sebagai penghalang proses perombakan
dinding sel oleh enzim (Pareek, 2000).
Perlakuan ideal adalah dengan menghilangkan lignin dan mendegradasi
selulosa dan hemiselulosa menjadi gula (karbohidrat) seperti glukosa. Perlakuan
pendahuluan yang efektif harus dapat membuktikan akan ketersediaan karbohidrat
dan mengurangi produksi yang tidak menguntungkan serta biaya rendah (Sun,
2002). Perlakuan berupa teknik degradasi menggunakan kombinasi kimia dan
enzimatik terhadap ampas perasan kelapa sawit dapat diterapkan untuk dapat
menghilangkan lignin dan merombak kandungan serat kasarnya yang berupa
lignoselulosa menjadi gula sederhana seperti glukosa, galaktosa dan monosakarida
lainnya.
2
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah memperoleh informasi ilmiah menyangkut
teknik degradasi ampas perasan kelapa sawit dengan menggunakan metode
kombinasi kimia dan enzimatik.
Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini untuk memberikan salah satu teknik pengolahan
ampas perasan kelapa sawit sebagai bahan baku pakan ikan sehingga dapat
meningkatkan nilai ekonomis serta mengurangi beban limbah pada lingkungan di
sekitar sentra produksi minyak sawit.
TINJAUAN PUSTAKA
Ampas Perasan Kelapa Sawit Sebagai Biomassa Lignoselulosa
Pengolahan buah kelapa sawit menghasilkan produk utama minyak kelapa
sawit serta produk samping seperti tandan kelapa sawit (TKS), ampas perasan
kelapa sawit, dan lumpur kelapa sawit (Gambar 1). Setiap hektar tanaman kelapa
sawit dapat menghasilkan 4 ton minyak per tahun, yang diperoleh dari sekitar 16
ton tandan buah segar (TBS). Selanjutnya setiap ton TBS dapat menghasilkan 250
kg minyak kelapa sawit, 294 kg lumpur kelapa sawit, dan 180 kg ampas perasan
kelapa sawit. Jumlah ini setara dengan 1.223 kg lumpur kelapa sawit, 509 kg
BKS, dan 2.678 kg ampas perasan kelapa sawit, dan 3.386 kg TKS setiap hektar
setiap tahun. Dari angka ini maka perkebunan kelapa sawit Indonesia dapat
menghasilkan 2.463 metrik ton lumpur sawit, 5.394 metrik ton ampas perasan
kelapa sawit, dan 6.818 metrik ton TKS (Hem, 2005).
Buah sawit segar
Air pencuci
Crude palm oil (CPO)
Palm oil
extraction
factory
Lumpur Palm Oil
Gambar 1.
Tandan Kosong, Cangkang Sawit
Ampas Perasan
Pengolahan buah sawit menghasilkan produk utama minyak sawit
serta produk samping (Hem, 2005).
4
Ampas perasan kelapa sawit merupakan biomassa lignoselulosa potensial
yang dapat dijadikan sumber bahan baku pakan ikan, tidak bersaing dengan
manusia, serta tersedia secara terus-menerus yang sampai saat ini belum
digunakan secara maksimal. Ampas perasan kelapa sawit mempunyai beberapa
keuntungan untuk produksi gula. Hal yang paling penting, tidak seperti jagung,
ampas perasan kelapa sawit dikumpulkan sebagai produksi samping, sehingga
tidak disyaratkan untuk pemisahan panen. Terlebih lagi, ampas perasan kelapa
sawit murah, tersedia banyak, dan mempunyai unsur karbon yang tinggi.
Degradasi lignoselulosa seperti ampas perasan kelapa sawit, relatif sulit
dilakukan karena komponennya merupakan struktur yang kompak dengan ikatan
intermolekul
yang
kuat.
Ringkasan
dari
komposisi
berbagai
senyawa
lignoselulosa yang dapat diubah menjadi gula ditampilkan pada Tabel 1.
Dalam sel tanaman termasuk tanaman sawit, dinding sekundernya, terdiri
dari 3 lapisan (S1, S2, dan S3) yang dikelilingi oleh dinding utama yang tipis.
Dinding sekunder dikelilingi oleh lignin. Lapisan S1 dan S3 mengandung banyak
selulosa dan hemiselulosa. Lapisan S2 mengandung selulosa kristal. Bentuk
kristal terdiri dari ikatan hidrogen linier. Bentuk amorf terdapat pada diantara
bentuk kristal selulosa. Amorf selulosa, hemiselulosa, dan lignin terdapat diantara
lapisan (S1, S2, dan S3) (Fox, 1987). Gambar dinding sel dengan komponennya
ditampilkan pada Gambar 2.
Tabel 1. Komposisi Bahan – Bahan Lignoselulosa (Saha, 2003, Sun, 2002)
Bahan Lignoselulosa
Serat jagung
Tongkol jagung
Kulit jagung
Jerami padi
Jerami gandum
Bungkil kelapa
Alang-alang
Ampas Perasan Kelapa Sawit
Ranting kayu lunak
Rumput kering
Kertas
Komposisi (% bobot kering)
Selulosa (%) Hemiselulosa (%) Lignin (%)
15
35
8
45
35
15
40
25
17
35
25
12
30
50
20
40
24
25
45
30
12
40-55
24-40
18-25
45-50
25-35
25-35
25-40
35-50
10-30
85-90
0
0-15
5
Gambar 2. Sruktur Sekunder Dinding Sel Selulosa, Hemiselulosa, dan Lignin dari
Bahan Lignoselulosa. BKS, mempunyai komposisi 55% selulosa,
24-40% hemiselulosa, dan 18-25% lignin. Lapisan S1 dan S3
mempunyai selulosa amorf dan hemiselulosa. Lapisan S2
mempunyai daerah selulosa kristal (Fox, 1987)
Selulosa
Selulosa merupakan komponen utama penyusun dinding sel tanaman.
Kandungan selulosa pada dinding sel tanaman tingkat tinggi sekitar 35 – 50% dari
berat kering tanaman (Lynd dkk. 2002). Selulosa merupakan polimer glukosa
dengan ikatan β-1,4-glukosida dalam rantai lurus dengan ukuran molekul berkisar
antara 300.000 Dalton hingga 500.000 Dalton (Klass, 1998. Bertran, 1986).
Bangun dasar selulosa (Gambar 3) berupa suatu selobiosa yaitu dimer dari
glukosa. Rantai panjang selulosa terhubung secara bersama melalui ikatan
hidrogen dan gaya van der walls (Perez dkk. 2002).
Selulosa mengandung sekitar 50-90% bagian berkristal dan sisanya bagian
amorf. Ikatan β-1,4-glukosida pada serat selulosa dapat dipecah menjadi monomer
glukosa dengan cara hidrolisis asam atau enzimatis. Hidrolisis parsial dari selulosa
6
menghasilkan sejumlah oligosakarida, termasuk selubiosa, selutriosa, selutetrosa
(Sjostrom, 1981. Feller, 1986). Kesempurnaan pemecahaan selulosa pada saluran
pencernaan ternak tergantung pada ketersediaan enzim pemecahan selulosa yaitu
selulase.
Selulosa dapat digunakan sebagai bahan baku produksi gula (Bezerra,
2004). Selulosa merupakan senyawa poliglikan yang tidak larut air yang
terkandung sekitar setengah dari bobot tanaman (Klass, 1998). Kapas merupakan
sumber selulosa yang hampir seluruhnya selulosa murni sedangkan ampas perasan
kelapa sawit hanya mengandung 40-55% selulosa.
Gambar 3. Struktur Selulosa (Sjostrom, 1981)
Ikatan hidrogen intramolekuler terbentuk antara gugus hidroksil pada
rantai selulosa yang sama menyebabkan tingginya viskositas dan rigiditas polimer
selulosa. Gugus hidroksil pada akhir setiap rantai selulosa mempunyai sifat kimia
yang berbeda. Atom karbon pertama pada akhir rantai selulosa mengandung
gugus aldehid sedangkan atom karbon keempat adalah gugus hidroksil alkohol.
Setiap unit glukosa pada rantai selulosa mempunyai tiga gugus hidroksil yang
berinteraksi dengan rantai lainnya melalui ikatan valensi. Kekuatan ikatannya
adalah 25 kj/mol, hampir seratus kali lebih kuat daripada ikatan Van der Wall
(sekitar 0,15kj/mol), tetapi lebih rendah sepuluh kalinya dari ikatan kovalen O-H
(460 kj/mol) (Krassig, 1993). Interaksi gugus hidroksil intra dan inter merupakan
kekuatan yang utama pada struktur selulosa.
Hemiselulosa
Hemiselulosa terdapat dalam dinding sel dan berikatan dengan selulosa.
Hemiselulosa merupakan kelompok polisakarida heterogen dengan berat molekul
7
rendah. Jumlah hemiselulosa biasanya antara 15 sampai 30% dari berat kering
bahan lignoselulosa. Hemiselulosa relatif lebih mudah dihidrolisis dengan asam
menjadi monomer yang mengandung glukosa, mannosa, galaktosa, xilosa, dan
arabinosa. Hemiselulosa mengikat lembaran serat selulosa membentuk mikrofibril
yang meningkatkan stabilitas dinding sel. Hemiselulosa juga berikatan silang
dengan lignin membentuk jaringan kompleks dan memberikan struktur yang kuat.
Gambar 4. Struktur Hemiselulosa (Sjostrom, 1981)
Xilosa (gula C5) adalah komponen yang paling banyak dalam
hemiselulosa. Xilane mengandung unit D-xilosa dan terikat pada karbon nomor
satu dan nomor empat dari setiap residunya. Arabinosa adalah komponen
terbanyak lainnya dalam hemiselulosa. Komponen minor, termasuk manosa,
galaktosa, dan asam uronik terdapat juga didalamnya. Beberapa hemiselulosa
mengandung glukomanan dan galaktoglukomanan. Glukomanan mengandung
unit D-glukosa dan D-manosa dengan perbandingan 30:70. Galaktoglukomanan
mengandung unit D-galaktosa, D-glukosa, dan D-manosa dengan perbandingan
2:10:30 (Kiass, 1998. Saha, 2003. Paster, 2003). Ringkasan struktur hemiselulosa
ditampilkan pada Gambar 4.
8
Lignin
Lignin merupakan polimer dengan struktur aromatik yang terbentuk
melalui unit-unit penilpropan yang berhubungan secara bersama oleh beberapa
jenis ikatan berbeda (Klass, 1998, Pareek, 2000). Lignin sulit didegradasi karena
mempunyai struktur yang kompleks dan heterogen yang berikatan dengan selulosa
dan hemiselulosa dalam jaringan tanaman. Lebih dari 30% tanaman tersusun atas
lignin yang memberikan bentuk yang kokoh dan memberikan proteksi terhadap
serangga dan patogen. Disamping memberikan bentuk yang kokoh terhadap
tanaman, lignin juga membentuk ikatan yang kuat dengan polisakarida yang
melindungi polisakarida dari degradasi mikroba dan membentuk struktur
lignoselulosa.
Lignin terutama terkonsentrasi pada lamela tengah dan lapisan S2 dinding
sel yang terbentuk selama proses lignifikasi jaringan tanaman. Lignin tidak hanya
mengeraskan mikrofibril selulosa, juga berikatan secara fisik dan kimia dengan
hemiselulosa. Lignin terbentuk melalui polimerisasi tiga dimensi derivat dari
sinamil alkohol terutama p-kumaril, coniferil dan sinafil alkohol dengan bobot
molekul mencapai 11.000 (Gambar 5) (Gratzl, 2000. Campbell, 1996). Lignin
yang melindungi selulosa bersifat tahan terhadap hidrolisis karena adanya ikatan
arilalkil dan ikatan eter.
Pembentukan lignin terjadi secara intensif setelah proses penebalan
dinding sel terhenti. Pembentukan dimulai dari dinding primer dan dilanjutkan ke
dinding sekunder. Faktor lignin dalam membatasi fermeabilitas dinding sel
tanaman dapat dibedakan menjadi efek kimia dan efek fisik. Efek kimia, yaitu
hubungan lignin-karbohidrat dan asetilasi hemiselulosa. Lignin secara fisik
membungkus mikrofibril dalam suatu matriks hidrofobik dan terikat secara
kovalen dengan hemiselulosa. Hubungan lignin karbohidrat berperan dalam
mencegah hidrolisis selulosa.
Pada kayu keras, lignin mengandung banyak unit guaiasilpropan dan
siringilpropan dengan sedikit unit p-hidroksifenilpropan. Lignin mengandung unit
guaiasilpropan dengan unit p-hidroksifenilpropan pada kayu lunak (Baucher,
1998). Pada tanaman rerumputan, lignin terdiri dari unit guaiasilpropan and
9
siringilpropan. Unit p-hidroksifenilpropan terdapat sebagai komponen minor
lignin pada tanaman rerumputan (Grabber, 2004).
Gambar 5. Struktur Lignin (Hammel, 1997)
Metode Perlakuan Untuk Lignoselulosa
Metode
Perlakuan
untuk
lignoselulosa
dirancang
untuk
dapat
meghilangkan lignin terlebih dahulu kemudian dilanjutkan proses hidrolisis asam
atau enzimatik (Wu, 1997). Selulosa berada secara alami sebagai matriks yang
kompak dan kompleks dengan lignin dan hemiselulosa (Cote, 1982). Selulosa
dikelilingi oleh lignin yang bertindak sebagai pelindung (Fox, 1987) dan
tergabung
dengan
hemiselulosa.
Secara
jelasnya
reduksi
selulosa
dan
hemiselulosa dan hilangnya lignin merupakan tujuan penting dari berbagai proses
perlakuan (Wu, 1997). Menurut Tsao (1978), ikatan β-1.4 glukosidik dalam
selulosa lebih mudah terbuka daripada ikatan α-1.4-glukosidik pada kanji. Hal ini
jelas bahwa masalah utama hidrolisis selulosa dan hemiselulosa adalah struktur
sekunder dan tersier, bukan pada ikatan struktur utamanya.
10
Sejumlah metode perlakuan telah dikembangkan untuk mendegradasi
selulosa dan hemiselulosa, antara lain pulverisasi mekanis, pirolisis, asam, basa,
hidogen peroksida, autohidrolisis, eksplosi serat ammonia (AFEX), oksidasi
basah, kapur, eksplosi CO2, pelarut organik. Ringkasan metode perlakuan
ditampilkan pada Tabel 2. Setiap metode perlakuan memiliki kelebihan dan
kekurangan (Saha, 2003. Martin, 2002. Klass, 1998. Ramos, 1996).
Tabel 2. Metode Treatmen Biomassa Lignoselulosa (Saha, 2003. Sun, 2002)
Metode perlakuan
Fisik
Pulverisasimekanik
kekurangan
- biaya tinggi
- tidak dapat
menghilangkan lignin
Fisik-kimia
- menghasilkan produk
samping asam alifatik,
furaldehida, fenolik
yang dapat menghambat
degradasi selulosa oleh
enzim
- biaya tinggi
- butuh gas ozon yang
banyak
- biaya tinggi
Kimia
Biologi
kelebihan
- memutuskan struktur
kristal selulosa
- meningkatkan luas
permukaan untuk
hidrolisis selulosa
- Autohidrolisis - Dapat
- AFEX
menghilangkan lignin
Ozonalisis
Dapat menghilangkan
lignin secara cepat
Hidrolisis asam
Dapat menghasilkan
gula dan
mendegradasi selulosa
dan lignin
Jamur
Biaya rendah
Ramah lingkungan
Tidak dapat
mendegradasi lignin
Kombinasi Kimia dan Enzimatis
Perlakuan kimia bertujuan untuk menghasilkan radikal dengan elektron
tidak berpasangan yang mempunyai reaktifitas tinggi dan waktu paruh pendek.
Beberapa radikal cukup stabil dalam waktu yang lama. Kombinasi radikal dengan
molekul lain supaya tercapai stabilitas, menghasilkan penghilangan elektron.
Radikal seperti oksigen tunggal, superoksida, dan radikal hidroksil menyebabkan
kerusakan DNA, protein, dan lipid. Mereka juga dapat bereaksi dengan
lignoselulosa (Christophersen, 1991). Salah satu reagen kimia yang dapat
11
digunakan untuk treatmen lignoselulosa ialah natrium hipoklorit dan hidrogen
peroksida yang dapat menghasilkan agen pengoksidasi (Chapman, 2003).
Natrium Hipoklorit
Natrium hipoklorit telah banyak digunakan untuk perlakuan air dan limbah
cair. Biasanya digunakan sebagai pencuci cairan atau cairan pencuci (Casson,
2003). Produksi natrium hipoklorit menggunakan klorin dengan causatic soda.
Reaksinya sebagai berikut:
2NaOH + Cl2
NaOC1 + NaC1 + H20 + panas
Kausatik soda (NaOH) digunakan sebagai penstabil (stabilizer). Kekuatan larutan
pencuci NaOH sering ditunjukkan sebagai “trade percent” atau “persen per
volum” terhadap ketersediaan kandungan klorin.
Secara komersial, natrium hipoklorit tersedia dalam konsentrasi 5-15%.
Padatan natrium klorida terbentuk jika kandungan konsentrasinya di atas 15%.
Stabilitas natrium hipoklorit sangat dipengaruhi oleh pH, panas, cahaya, dan
kation logam berat. Larutan hipoklorit paling stabil pada konsentrasi hipoklorida
10% pada pH 11, dengan logam Fe, Cu, atau Ni dengan konsentrasi 0,5 mg/L dan
harus disimpan di tempat gelap pada suhu 21oC. Jika pH kurang dari 11, biasanya
akan mengalami dekomposisi dengan cepat (Casson, 2003. White 1999). Pada
temperatur tinggi, hipoklorit dapat mendekomposisi membentuk ion klorida
(Gordon, 1997).
Reaksinya ditunjukkan sebagai berikut (Gordon, 1997):
NaOCl + H20
HOC1
OCl- + OClOCl- + ClO2-
HOC1 + Na+(OH-)
H+ + OClClO2- + Cl- (lambat)
ClO3- + Cl- (cepat)
Di bawah pH 11, kecepatan rata-rata pembentukan ClO3- dari hipoklorida akan
meningkat, dan pada pH tersebut larutan OCl- menurun dengan berjalannya
waktu, dikarenakan oleh reaksi pembentukan asam (H+):
2HOC1 + OCl-
ClO3- + 2H+ + 2Cl-
Penurunan kecepatan pembentukan ClO3- dipengaruhi oleh pH di atas 11 (Gordon,
1997).
12
Hidroogen Peroksida
Hidrogen peroksida merupaakan larutann yang tidakk berwarna dan tidak
b
berbau,
dann dapat dicampur denggan pelarut organik daan air (Jon
nes, 1999).
H
Hidrogen
peeroksida biaasa digunakaan untuk steerilisasi dan zat disinfekktan dalam
a
aseptik
dan proses pack
kaging (Shinn, 1994). Hiidrogen perooksida juga digunakan
u
untuk
treatm
men lignosellulosa. Sebaagai agen ok
ksidasi, hidrrogen perokksida dapat
m
menghasilka
an oksidatif delignifikasii. Hidrogen peroksida daapat dihasilkkan dengan
r
reduksi
supeeroksida. Hidrogen perooksida dapat mengoksidaasi olefin, hidrokarbon
h
a
aromatik
daan alkena. Untuk
U
dapat digunakan,, hidrogen peroksida
p
m
memerlukan
a
aktifasi.
Oksidan turunaan dari hidroogen perokssida dapat ddilihat pada Gambar 6.
H
Hidrogen
peroksida terrdiri dari hiidrogen dann ion perhiddroksil (HO
OO-) dalam
k
kondisi
bassa (Jones, 1999). Anioon perhidro
oksil dapat menyerang zat yang
elektron seperti oleefin dan aldehida.
k
kekurangan
a
K
Kadang-kada
ang, anion
diubah mennjadi oksidaan kuat dengan cara meencampurkaan senyawa
p
perhidroksil
a yang keekurangan elektron
asil
e
atauu nitrit (Perrez-Benito, 2001). Dalaam kondisi
a
asam
kuat, hidrogen
h
perroksida diubbah ke dalam
m bentuk ekuuivalennya yaitu
y
kation
h
hidrogen
sep
perti ditunjuk
kkan dibawaah ini (Joness, 1999).
H 2 02 + H +
H302
H
Hidrogen
peeroksida dapat mengalam
mi dekompossisi oleh cahhaya, logam, dan enzim
(
(Fiorenza,
1997. Backvaall, 2004).
Gambar 6.
6 Aktifasi H
Hidrogen Perooksida (Jonees, 1999)
13
Campuran Natrium hipoklorit dan Hidrogen Peroksida
Oksigen tunggal, superoksida, dan radikal hidroksil adalah produk penting
dalam reaksi antara natrium hipoklorit dan hidrogen peroksida. Mereka ikut serta
dan dapat bereaksi dengan molekul organik seperti karbohidrat, protein, lipid dan
asam nukleat serta mengubah struktur kimia dan sifatnya (Gierer, 1996). Suatu
kompleks stabil antara natrium hipoklorit dan H2O2 terbentuk jika direaksikan
dengan konsentrasi yang tepat.
Oksigen tunggal telah diteliti oleh Khan dan Kasha pada tahun 1963 ketika
pengukuran spektrum merah chemiluminescence dari reaksi hidrogen peroksida
dan natrium hipoklorit dalam larutan air (Khan, 1991.). Ion Hipoklorit (OCl-)
bereaksi dengan hidrogen peroksida dan menghasilkan oksigen tunggal. Reaksi
tersebut sebagai berikut:
H2O2 + OCl-
1
O2 + H2O + Cl-
Superoksida dan radikal hidroksil merupakan intermedit penting antara
oksigen dan hidrogen peroksida. Superoksida dan radikal hidroksil dapat berperan
dalam degradasi oksidatif pada lignin dan karbohidrat (Gierer, 1996). Gambar 8
menunjukkan spesies oksigen dapat digenerasi dari reaksi natrium hipoklorit
dengan oksigen peroksida. Selektifitas superoksida yaitu dengan penambahan
radikal ke substrat yang meyebabkan pemutusan rantai karbon-karbon,
pembukaan cincin aromatik, dan pemutusan rantai samping alifatik. Disamping
itu, radikal hidroksil bereaksi sangat cepat dan menyerang molekul substrat secara
langsung menyebabkan pembukaan atau pemutusan struktur aromatik dan alifatik
(Gierer, 1996). Radikal hidroksil merupakan derivat utama dari asam hipoklor
(HOCl).
14
Gambar 7. Skema turunan senyawa oksigen reaktif dari NaOCl dan H2O2
(Gordon, 1997. White, 1999).
(I)
(II)
(III)
(IV)
(V)
HClO terdekomposisi menjadi radikal hidroksil (OH-) dan radikal klorin (·Cl).
H2O2 terdekomposisi menjadi OH·+·OH.
Turunan radikal superoksida (02-) beraksi pada H2O2 dan OHHClO mengekstrak ion hidrogen dari H2O2 dan kemudian radikal hidroperoksil
(HOO-) dan O2- diturunkan.
Ekstrak OCl- terdiri dari oksigen tunggal (O2) dari H2O2
Degradasi Selulosa
Degradasi selulosa menjadi gula merupakan tahap penting pada produksi
bahan baku pakan dari ampas perasan kelapa sawit. Di alam (Garves, 1996),
Jamur basidiomicetes dapat melakukan depolimerisasi struktur selulosa kayu
tanpa membuang bagian ligninnya. Metode asam atau hidrolisis enzim biasanya
digunakan untuk hidrolisis selulosa pada proses industri. Hidrolisis asam lebih
cepat reaksinya dan lebih efektif daripada hidrolisis enzim. Bagaimanapun, asam
mendekomposisi selulosa dan menghasilkan produk degradasi. Sedangkan enzim
hidrolisis menghasilkan produk samping lebih sedikit (Martin, 2002. Camacho,
1996).
15
Hidrolisis Asam
Selulosa dapat didegradasi menjadi gula oleh asam. Molekul selulosa
mempunyai karakteristik ikatan β-1,4-glukosida antara unit monomer glukosa.
Ada tiga gugus hidroksil reaktif pada masing-masing unit monomer glukosa.
Asam dapat menyerang ikatan β-1,4-glukosida pada degradasi selulosa. Proses
reaksinya tiga tahap. Pertama, Kecepatan protonasi pada atom oksigen glukosida,
kedua, perpindahan muatan positif ke satu atom karbon menghasilkan kation
karbonium siklik pada ikatan glukosida, dan ketiga, penambahan molekul air pada
ion karbonium (Kraaig, 1993). Asam dapat mendegradasi selulosa menjadi gula,
namun rendemennya sedikit karena larutan asam bersifat tidak netral pada daerah
kristalis selulosa. Kekuatan asam dapat mengurangi daerah kristal dan
mendegradasi glukosa (Klass, 1998).
Hidrolisis Enzimatik
Enzim selulase biasa digunakan untuk menghasilkan gula dari selulosa,
dengan sedikit pembentukan produk samping. Enzim selulase dihasilkan oleh
sebagian besar bakteri dan jamur. Jamur genus trichorderma yang paling banyak
menghasilkan enzim selulale aktif. Mereka menghasilkan tiga selulase: endoglukanase, exo-glukanase, dan β-glukosidase. Endo-glukanase menyerang
struktur internal selulosa. Pembukaan ikatan β-1,4-glukosidik pada struktur
selulosa pada posisi acak untuk menghasilkan fragmen rantai oligomerik. Exoglukanase menyerang lokasi spesifik pada non-reducing ends dalam struktur
selulosa. Produk utamanya ialah unit selubiosa atau glukosa. β-glukosidase
mengubah selubiosa menjadi glukosa (Krassig, 1993. Klass, 1998). Reaksi
tersebut ditunjukkan pada Gambar 8.
Trichoderma reesei menghasilkan 2 exo-glucanase, 5 endo-glucanase,
seperti xylanase, β-glucosidase, β-xylosidase dan galaktomannase yang dapat
digunakan untuk memproduksi glukosa dari selulosa (Krassig, 1993).
16
Gambar 8. Diagram dari reaksi enzim selulase pada hidrolisis selulosa (Krassig,
1993).
BAHAN DAN METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan antara bulan Maret 2008-Februari 2009 di
Laboratorium Uji Balai Besar Pengembangan Budidaya Air Tawar dan
Laboratorium Terpadu IPB.
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan yaitu mesin penepung, saringan 200 mess, satu set
waterbath yang dilengkapi pengatur suhu, termometer, pH meter, pengaduk
magnetik, neraca analitik, oven, soxlet, KCKT dan peralatan gelas Bahan yang
digunakan yaitu ampas perasan kelapa sawit, H2SO4 1,25%, NaOH 3,5%, NaOCl
6%, H2O2 50%, aquades, heksana, metanol, asetonitril, dan jamur Trichoderma
viride
Diagram alir penelitian ditunjukkan pada Lampiran 1 sampai 6.
Persiapan Ampas Perasan Kelapa Sawit
Ampas perasan kelapa sawit berasal dari perkebunan kelapa sawit di
lampung. Sebelum digunakan Ampas perasan kelapa sawit dihaluskan
menggunakan mesin penepung (discmill) dan dibebaskan lemaknya dengan cara
mengaduk, mengenap tuangkan contoh dalam pelarut organik sebanyak tiga kali
dan sampel dikeringkan. Ampas perasan kelapa sawit yang sudah bebas lemak
kemudian dihilangkan proteinnya dengan cara melarutkan dengan H2SO4 1,25 %,
dan NaOH 3,5% dan dikeringkan sampai bobot konstan. Ampas perasan kelapa
sawit ini digunakan untuk seluruh Ampas perasan kelapa sawit penelitian.
Larutan NaOCl-H2O2 Induk
Larutan NaOCl-H2O2 induk dibuat dari kombinasi NaOC1 6% dan H2O2
50% dengan perbandingan 10:1. Larutan NaOCl 6% - H2O2 50% dibuat segar
sebelum eksperimen dilakukan.
Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% untuk Perlakuan.
Dibuat larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% dari larutan NaOCl-H2O2 induk.
Semua larutan dicampur pada suhu ruang dengan air destilata.
18
Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% H2O2 1% pada variasi pH dan H2SO4 72%.
2,5 gram ampas perasan kelapa sawit disuspensikan ke dalam 100 ml
larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1%. Larutan suspensi digoyang secara kontinyu
selama 30 menit pada suhu ruang dan pH dijaga pada nilai (4, 6, 8, 10, dan 12)
dengan penambahan larutan HCl atau NaOH menggunakan pH meter kemudian
disaring dengan kertas saring, endapan dicuci dengan 100 ml air destilata, lalu
dijenuhkan selama satu jam dalam 0,6% NaOH, pada suhu 25oC, disaring dan
dicuci dengan 100 ml air destilata. Endapan kemudian ditimbang dan dilanjutkan
ke tahap hidrolisis dengan cara ditambahkan H2SO4 (72%) dengan perbandingan
10 bagian H2SO4 (72%) : 1 bagian endapan dan diaduk pada suhu ruang selama 1
jam, kemudian tambahkan 50 ml air destilata dan diinkubasi pada suhu 120oC
didalam oven selama 1 jam. Kemudian didinginkan pada suhu ruang kemudian
ditera, lalu dipisahkan antara fraksi cairan dan padatan dengan kertas saring.
Fraksi cairan ditentukan kandungan gula mengunakan KCKT.
Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% H2O2 1% pada variasi Suhu dan H2SO4 72%.
2,5 gram ampas perasan kelapa sawit dilarutkan ke dalam 100 ml larutan
NaOCl 0,12% - H2O2 1%. Larutan digoyang secara kontinyu selama 30 menit
pada suhu 25oC, 50oC, 70oC, dan 90oC.. Kemudian disaring dengan kertas saring
endapan dicuci dengan 100 ml air destilata, lalu dijenuhkan selama satu jam
dalam 0,6% NaOH, pada suhu 25oC, disaring dan dicuci dengan 100 ml air
destilata. Endapan kemudian ditimbang dan dilanjutkan ke tahap hidrolisis dengan
cara ditambahkan H2SO4 (72%) dengan perbandingan 10 bagian H2SO4 (72%) : 1
bagian endapan dan diaduk pada suhu ruang selama 1 jam, kemudian tambahkan
50 ml air destilata dan diinkubasi pada suhu 120oC didalam oven selama 1 jam.
Kemudian didinginkan pada suhu ruang kemudian ditera, lalu dipisahkan antara
fraksi cairan dan padatan dengan kertas saring. Fraksi cairan ditentukan
kandungan gula mengunakan KCKT.
19
Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% H2O2 1% pada variasi waktu dan H2SO4 72%.
2,5 gram ampas perasan kelapa sawit diperlakukan dengan 100 ml larutan
NaOCl 0,12% - H2O2 1% selama 0,5; 3; 24; dan 100 jam pada suhu 25oC. Seperti
perlakuan sebelumnya, endapan dipisahkan, dicuci dengan 100ml air destilata.
Endapan kemudian ditimbang dan dilanjutkan ke tahap hidrolisis dengan cara
ditambahkan H2SO4 (72%) dengan perbandingan 10 bagian H2SO4 (72%) : 1
bagian endapan dan diaduk pada suhu ruang selama 1 jam, kemudian tambahkan
50 ml air destilata dan diinkubasi pada suhu 120oC didalam oven selama 1 jam.
Kemudian didinginkan pada suhu ruang kemudian ditera, lalu dipisahkan antara
fraksi cairan dan padatan dengan kertas saring. Fraksi cairan ditentukan
kandungan gula mengunakan KCKT.
Perlakuan Kombinasi Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl
0,12% - H2O2 1% Enzim Selulase dan H2SO4 72%.
Kondisi ini dilakukan berdasarkan hasil analisa komposisi kandungan
glukosa tertinggi dari masing-masing perlakuan pH, suhu, dan waktu. Sebanyak
2,5 gram ampas perasan kelapa sawit diperlakukan dengan larutan NaOCl 0,12% H2O2 1%. Seperti sebelumnya, setelah perlakuan, endapan dipisahkan, dicuci,
dengan 100 ml air destilata. Endapan kemudian dilanjutkan untuk pengujian
dengan enzime selulase.
Endapan
dicampurkan
dengan
jamur
Trichoderma
viride
yang
mengandung enzim selulase. Kemudian diinkubasi pada suhu 37oC, diputar
dengan kecepatan 200 rpm selama 72 jam dan kemudian dilanjutkan ke tahap
hidrolisis dengan cara ditambahkan H2SO4 (72%) dengan perbandingan 10 bagian
H2SO4 (72%) : 1 bagian endapan dengan perbandingan 10 bagian H2SO4 (72%) :
1 bagian endapan dan diaduk pada suhu ruang selama 1 jam, kemudian tambahkan
50 ml air destilata dan diinkubasi pada suhu 120oC didalam oven selama 1 jam.
Kemudian didinginkan pada suhu ruang kemudian ditera, lalu dipisahkan antara
fraksi cairan dan padatan dengan kertas saring. Fraksi cairan ditentukan
kandungan gula mengunakan KCKT.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Degradasi ampas perasan kelapa sawit diawali melalui proses perlakuan
mekanis berupa penepungan dan penyaringan yang bertujuan untuk memutuskan
bentuk kristal dari lignoselulosa ampas kelapa sawit dan untuk menghasilkan luas
permukaan yang banyak agar lignoselulosa tersebut dapat bereaksi dengan pelarut
yang digunakan.
Perlakuan deffating dengan pelarut organik seperti heksana dan
deproteinasi dengan mengggunakan asam sulfat 1,25% dan natrium hidroksida
3,5% bertujuan untuk menghilangkan lipid dan protein yang dapat mengganggu
proses hidrolisis selulosa pada ampas perasan kelapa sawit.
Tahap Pertama: Perlakuan ampas perasan kelapa sawit dengan larutan
NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada variasi pH, Suhu, Waktu dan hidrolisis
H2SO4 72%
Perlakuan ini dilakukan setelah ampas perasan kelapa sawit dilakukan
deffating dan deproteinasi. Dimana ampas perasan kelapa sawit dilarutkan terlebih
dahulu dengan NaOCl 0,12% dan H2O2 1% dengan variasi pH (4, 6, 8, 10, 12),
suhu (250C, 500C, 700C, 900C) dan waktu (0,5; 3; 24; 100 jam). Setelah itu
dilakukan hidrolisis dengan asam sulfat 72%.
Penggunaan NaOCl 0,12% dan H2O2 1% untuk menghilangkan kandungan
lignin yang terdapat di dalam lignoselulosa ampas perasan kelapa sawit, dimana
reaksitivitasnya sangat dipengaruhi oleh pH, suhu dan waktu perlakuan. Larutan
NaOCl 0,12% dan H2O2 1% merupakan zat pengoksidator yang dapat
menghasilkan radikal hidroksil, superoksida dan oksigen tunggal yang dapat
bereaksi dengan lignoselulosa serta dapat mengubah struktur kimia dan sifatnya
(Gierer, 1996).
Dari hasil penelitian ini didapat bobot ampas perasan kelapa sawit yang
hilang selama perlakuan larutan NaOCl 0,12% dan H2O2 1% dengan variasi pH
(Gambar 9 dan lampiran 7), variasi suhu (Gambar 10 dan lampiran 7), variasi
waktu (gambar 11 dan Lampiran 7). Persen bobot yang hilang ini menggambarkan
kondisi lignin yang hilang dari lignoselulosa ampas perasan kelapa sawit.
21
30%
%
% bobot
25%
%
20%
%
15%
%
10%
%
5%
%
0%
%
pH 4
pH 6
pH 8
pH 10
p
pH 12
Gambar 9. Persen
G
P
Bobott Ampas Perrasan kelapaa Sawit yangg hilang padaa perlakuan
N
NaOCl
0,12% dan H2O2 1% dengann variasi pH
14%
%
12%
%
% bobot
10%
%
8%
%
6%
%
4%
%
2%
%
0%
%
25 oC
C
50 oC
C
70 o
oC
90 oC
Gambar 10. Persen Bobot
G
B
Ampaas Perasan kelapa Saw
wit yang hiilang pada
p
perlakuan
NaOCl
N
0,12%
% dan H2O2 1%
1 dengan variasi
v
suhu
% bobot
16%
%
14%
%
12%
%
10%
%
8%
%
6%
%
4%
%
2%
%
0%
%
0,5 jam
m
3 jam
m
24 jaam
100 jam
Gambar 11. Persen Bobot
G
B
Ampaas Perasan kelapa Saw
wit yang hiilang pada
p
perlakuan
NaOCl
N
0,12%
% dan H2O2 1%
1 dengan variasi
v
waktuu
22
Ampas perasan kelapa sawit yang telah diperlakukan dengan larutan NaOCl
0,12% - H2O2 1% kemudian dihidrolisis dengan asam sulfat 72% agar didapat
produk glukosa yang diinginkan. Hasil hidrolisis dianalisa dengan menggunakan
kromatografi cair kinerja tinggi (KCKT).
Hasil analisa KCKT berupa kromatogra
MENGGUNAKAN KOMBINASI KIMIA DAN
ENZIMATIS
HERRY
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2010
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Degradasi Ampas Perasan Kelapa
Sawit Menggunakan Kombinasi Kimia dan Enzimatis adalah 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 tesis ini
Bogor, Maret 2010
Herry
NIM G452040011
ABSTRACT
Herry. Degradation Of Palm Oil Dregs Using Chemical and Enzimatic
Combination. Under direction of ZAINAL ALIM MAS’UD and KOMAR
SUTRIAH
Degradation of palm oil dregs using chemical and cellulose enzim
combination has been tried to produce simple sugar from cellulose and
hemicellulose moleculs in palm oil dregs. Combination chemical (sodium
hypochlorite and hydrogen peroxide) and enzim are used to degrade cellulose and
hemicellulose. It is proposed to produce simple sugar that can be used as raw
material resources in feed. The reason of using sodium hypochlorite and hydrogen
peroxide is their characteristic as an oxidator that can cleave molecul binding in
cellulose, hemicellulose, and also release lignin that binded with cellulose and
hemicellulose. The objective of this research is to get scientific information about
the technic of palm oil dregs degradation using combination method of chemical
and enzim. This reaserch has done on March 2008 – February 2009 at Testing
Laboratory of Balai Besar Pengembangan Budidaya Air Tawar and Laboratorium
Terpadu IPB. The procedur consists of (1) preparing palm oil dregs; (2) treatment
palm kernel meal with NaOCl – H2O2 on effect of pH (4, 6, 8, 10, 12),
temperature (25, 50, 70, 90oC), time (0,5, 3, 24, 100 hours); and then (2)
treatment palm oil dregs with combination of chemical and cellulose enzim.
The result show that NaOCl 0,12% - H2O2 1% and sulfuric acid 72% can be
effective to degrade palm kernel meal to be glucose, fructose and other sugar
compound. The effect of pH, temperature, and time on palm oil dregs treatment
can produce the glucose and fructose compound. The highest glucose compound
is reached at pH 6, 70oC and 100 hours about 9,86%, 8,24% and 12,49%
respectively. Glucose concentration on combination treatment is approximately
25,42% twice higher that treatment of time and three times from pH 6 and 70oC.
Keywords: palm oil dregs; sodium hypochlorite; hydrogen peroxide; cellulose
enzim; glucose.
RINGKASAN
Herry. Degradasi Ampas Perasan Kelapa Sawit Menggunakan Kombinasi Kimia
dan Enzimatis. Dibimbing oleh ZAINAL ALIM MAS’UD dan KOMAR
SUTRIAH.
Ampas perasan kelapa sawit merupakan hasil samping industri minyak
kelapa sawit yang cukup melimpah keberadaannya di Indonesia. Ampas perasan
kelapa sawit dapat digunakan sebagai sumber gula, sebuah alternatif sumber
bahan baku pakan ikan lokal. Namun, nilai nutrisi dan kecernaannya yang rendah
bila langsung digunakan sebagai bahan baku pakan ikan karena kandungan serat
kasar yang tinggi merupakan faktor pembatas pemanfaatannya sebagai bahan
baku pakan ikan yang tidak dapat memanfaatkan selulosa sebagai sumber
energinya. Sebagian besar masalahnya adalah fungsi struktur lignoselulosa, yang
terdiri dari selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Produk glukosa dapat dihasilkan
dari degradasi selulosa selulosa, sedangkan produk gula berkarbon lima dapat
dihasilkan dari hemiselulosa. Selulosa dan hemiselulosa pada lignoselulosa ampas
perasan kelapa sawit tidak dapat dihidrolisis kecuali lignin yang berikatan pada
lignoselulosa dihilangkan terlebih dahulu. Berdasarkan fakta tersebut perlu
dilakukan usaha merekayasa ampas perasan kelapa sawit secara kimia dan
enzimatis sehingga menghasilkan bahan baku pakan ikan yang nilai nutrisi dan
kecernaannya tinggi.
Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh informasi ilmiah mengenai
teknik degradasi ampas perasan kelapa sawit dengan menggunakan metode
kombinasi kimia dan enzimatik. Sementara manfaat penelitian ini adalah untuk
memberikan salah satu teknik pengolahan ampas perasan kelapa sawit sebagai
bahan baku pakan ikan sehingga dapat meningkatkan nilai ekonomis ampas
perasan kelapa sawit.
Metode degradasi ampas perasan kelapa sawit yang digunakan adalah
metode kombinasi kimia dan enzimatik dengan menggunakan natrium hipoklorithidrogen peroksida untuk proses delignifikasi dan degradasi selulosa menjadi
glukosa menggunakan hidrolisis asam sulfat dan enzima selulase. Penggunaan
natrium hipoklorit dan hidrogen peroksida adalah karena sifat pengoksidasinya
yang cukup kuat sehingga dapat menghilangkan lignin ada di dalam molekul
lignoselulosa yang berikatan dengan selulosa atau hemiselulosa yang akan
didegradasi oleh asam sulfat dan enzim selulase.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% dan
asam sulfat 72% dapat dapat digunakan untuk degradasi ampas perasan kelapa
sawit menjadi glukosa, fruktosa dan senyawa gula lainnya. Pengaruh larutan
NaOCl 0,12% - H2O2 1% dengan variasi pH, suhu, waktu dan asam sulfat 72%
pada pelakuan ampas perasan kelapa sawit menunjukkan adanya pengaruh
terhadap kandungan glukosa dan fruktosa yang dihasilkan. Kandungan glukosa
tertinggi didapat pada perlakuan larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada pH 6,
suhu 70oC dan waktu 100 jam dengan nilai berturut-turut 9,86%, 8,24% dan
12,49%. Konsentrasi glukosa pada perlakuan kombinasi didapat hasil sebesar
25,42% lebih tinggi dua kali dari perlakuan waktu dan tiga kali dari perlakuan pH
dan suhu pada kandungan glukosa tertinggi dari masing-masing perlakuan.
Kata Kunci: Ampas perasan kelapa sawit; natrium hipoklorit, hidrogen
peroksida, enzime selulase, glukosa.
DEGRADASI AMPAS PERASAN KELAPA SAWIT
MENGGUNAKAN KOMBINASI KIMIA DAN
ENZIMATIS
HERRY
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelas
Magister Sains pada
Program Studi Kimia
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2010
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2010
Hak Cipta dilindungi Undang-Undan
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah, dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
yang wajar IPB. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau
seluruh karya tulis dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
DEGRADASI AMPAS PERASAN KELAPA
SAWIT MENGGUNAKAN KOMBINASI KIMIA
DAN ENZIMATIS
HERRY
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelas
Magister Sains pada
Program Studi Kimia
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2010
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Prof. Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi, M.Si
Judul Tesis
Nama
NIM
: Degradasi Ampas Perasan Kelapa Sawit Menggunakan
Kombinasi Kimia dan Enzimatis.
: Herry
: G452040011
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Zainal Alim Mas’ud, DEA
Ketua
Drs. Komar Sutriah, M.S
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Kimia
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Ir. Latifah K. Darusman, M.S
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S
Tanggal Ujian : 02 Maret 2010
Tanggal Lulus
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam
penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2008 ini ialah degradasi ampas
perasan kelapa sawit, dengan judul degradasi ampas perasan kelapa sawit
menggunakan kombinasi kimia dan enzimatis.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Zainal Alim Mas’ud, DEA
dan Bapak Drs. Komar Sutriah, M.S selaku pembimbing, serta Pak Muhammad
Farid yang telah banyak memberikan saran. Di samping itu, penghargaan penulis
sampaikan kepada Nurdiyan, Mas Khotib, Pak Farid, Mila, Ian, Ibu Eti Pak
Wawan dan staf Laboratorium Terpadu serta pegawai Laboratorium Nutrisi Balai
Besar Pengembangan Budidaya Air Tawar Sukabumi yang telah membantu
selama pelaksanaan penelitian ini, serta M. Rafi, S.Si, M.Si atas nasehat dan
luangan waktu dalam diskusi hasil penelitian. Ungkapan terima kasih dan doa
juga disampaikan kepada istriku dan anakku tercinta, ayah, mama, bapak mertua,
ibu mertua, dan mega serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Maret 2010
Herry
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 5 Agustus 1977 sebagai anak
kedua dari pasangan Budjang dan Wati. Pendidikan sarjana ditempuh di Program
Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB, lulus tahun
2001. Pada tahun 2004, penulis diterima di Program Studi Kimia pada Sekolah
Pascasarjana IPB. Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari Departemen
Pendidikan Nasional Republik Indonesia.
Penulis bekerja sebagai Perekayasa di Balai Besar Pengembangan Budidaya
Air Tawar Sukabumi - Departemen Kelautan dan Perikanan sejak tahun 2005 dan
pernah bekerja di Laboratorium Terpadu IPB dari tahun 2001 sampai 2004.
Bidang penelitian yang menjadi minat utama penulis ialah teknologi pengolahan
bahan baku pakan dan pakan ikan.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL…………………………………………………..................
Halaman
xii
DAFTAR GAMBAR………………………………………………………......
xiii
DAFTAR LAMPIRAN…………………………………………………….......
xiv
PENDAHULUAN
Latar Belakang……………………………………………………….......
Tujuan dan Manfaat Penelitian...…………………………….........……
1
2
TINJAUAN PUSTAKA
Ampas Perasan Kelapa Sawit Sebagai Biomassa Lignoselulosa.............
Selulosa.………….……..........................................................................
Hemiselulosa..........................................................................................
Lignin .....................................................................................................
Metode Perlakuan Untuk lignoselulosa ..................................................
Kombinasi Kimia dan Enzimatis ............................................................
Natrium Hipoklorit ..................................................................................
Hidrogen Peroksida ................................................................................
Campuran Natrium Hipoklorit dan Hidrogen peroksida .........................
Degradasi Selulosa ...................................................................................
Hidrolisis Asam .........................................................................................
Hidrolisis Enzimatis .................................................................................
3
5
6
8
9
10
11
12
13
14
15
15
BAHAN DAN METODE
Waktu dan Tempat Penelitian..................................................................
Bahan dan Alat .......................................................................................
Persiapan Ampas Perasan Kelapa Sawit ..................................................
Larutan NaOCl-H2O2 Induk .....................................................................
Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% untuk Perlakuan...................................
Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% H2O2 1% dengan variasi pH dan H2SO4 72% ........................................
Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% H2O2 1% dengan variasi Suhu dan H2SO4 72% ........................................
Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% H2O2 1% dengan variasi waktu dan H2SO4 72% ......................................
Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% H2O2 1% pada pH 7, suhu 70oC dan waktu 100 jam dan kombinasi
hidrolisis enzim selulase dan H2SO4 72% ..............................................
17
17
17
17
17
18
18
19
19
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tahap Pertama : Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan
Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada variasi pH, Suhu, waktu dan
Hidrolisis H2SO4 72%…..........................................................................
Tahap Kedua: Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan
Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada pH 6, Suhu 700C, waktu 100
jam dan Kombinasi Hidrolisis Enzim Selulase dan H2SO4 72%..............
20
SIMPULAN DAN SARAN………………………………………………..............
27
DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………................
28
LAMPIRAN…………………………………………………………………...........
31
24
DAFTAR TABEL
Halaman
1. Komposisi Bahan-Bahan Lignoselulosa…..……………………………....
4
2. Metode Treatmen Biomassa Lignoselulosa......…………………………...
3. Waktu Retensi (tR) dari Ampas Perasan Kelapa Sawit Perlakuan NaOCl
0,12% dan H2O2 1% dengan variasi pH, Suhu dan Waktu.......................
4. Luas Peak dari Ampas Perasan Kelapa Sawit Perlakuan NaOCl
0,12% dan H2O2 1% dengan variasi pH, Suhu dan Waktu.......................
10
22
23
DAFTAR GAMBAR
1.
Halaman
Pengolahan buah sawit menghasilkan produk utama minyak sawit serta
produk samping ………………………………...................…………..… 2
2.
Sruktur Sekunder Dingding Sel Selulosa, Hemiselulosa, dan Lignin dari
Bahan Lignoselulosa................................................................................
4
3.
Struktur Selulosa………….……….....………………………………….
5
4.
Struktur Hemiselulosa ……..........……………………………………….
6
5.
Struktur Lignin....................……………………………………………..
7
6.
Aktifasi Hidrogen Peroksida.................................................................
12
7.
Skema turunan senyawa oksigen reaktif dari NaOCl dan H2O2.............
14
8.
Diagram dari reaksi enzim selulase pada hidrolisis selulosa……............
16
9.
Persen bobot ampas perasan kelapa sawit yang hilang pada Perlakuan
NaOCl 0,12% dan H2O2 1% dengan variasi pH.....................................
21
10. Persen bobot ampas perasan kelapa sawit yang hilang pada Perlakuan
NaOCl 0,12% dan H2O2 1% dengan variasi suhu...................................... 21
11. Persen bobot ampas perasan kelapa sawit yang hilang pada Perlakuan
21
NaOCl 0,12% dan H2O2 1% dengan variasi waktu................................
12. Kandungan glukosa hasil hidrolisis asam sulfat 72% pada ampas
perasan kelapa sawit Perlakuan NaOCl 0,12% dan H2O2 1% dengan
variasi pH, suhu dan waktu ...................................................................... 21
13. Kandungan glukosa pada ampas perasan kelapa sawit Perlakuan
kombinasi dibandingkan variasi pH, suhu dan waktu.............................
22
14. Kromatogram KCKT ampas perasan kelapa sawit Perlakuan kombinasi.. 23
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1. Diagram alir penelitian tahap pertama .........………….........................................
32
2. Diagram alir penelitian tahap kedua .........……………………..........................
33
3. Perlakuan ampas perasan kelapa sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1%
pada variasi pH dan H2SO4 72% ....................................................................
4. Perlakuan ampas perasan kelapa sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1%
pada variasi Suhu dan H2SO4 72%.......................................................................
5. Perlakuan ampas perasan kelapa sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1%
pada Waktu variasi dan H2SO4 72% ..................................................................
6. Perlakuan ampas perasan kelapa sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1%
Enzim Selulase dan H2SO4 72%...........................................................................
7. Kadar ampas perasan kelapa sawit yang Hilang selama Perlakuan Larutan
NaClO 0,12% - H2O2 ............................................................................................
8. Luas Peak dan Waktu Retensi (tR) Standar Gula.................................................
34
35
36
37
38
39
9. Luas Peak dan Waktu Retensi (tR) ampas perasan kelapa sawit Perlakuan ..........
40
10. Kandungan Komposisi Glukosa dan Fruktosa pada Sampel ampas perasan
kelapa sawit Perlakuan........................................................................................
41
11. Kromatogram Standar Gula Menggunakan KCKT..............................................
42
12. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh pH 4 pada analisa
Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT............................................
43
13. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh pH 6 pada analisa
Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT............................................
44
14. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh pH 8 pada analisa
Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT............................................
45
15. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh pH 10 pada analisa
Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT ............................................
46
16. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh pH 12 pada analisa
Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT............................................
47
17. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh T25 oC pada analisa
Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT............................................
48
18. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh T50 oC pada analisa
Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT............................................
49
19. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh T70 oC pada analisa
Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT............................................
50
20. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh T90 oC pada analisa
Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT............................................
51
21. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh waktu 0,5 jam pada analisa
Kandungan Gula Menggunakan KCKT.................................................................
52
22. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh waktu 3 jam pada analisa
Kandungan Gula Menggunakan KCKT.......... ..................................................
53
23. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh waktu 24 jam pada analisa
Kandungan Gula Menggunakan KCKT........ ......................................................
54
24. Kromatogram ampas perasan kelapa sawit pengaruh waktu 100 jam pada analisa
Kandungan Gula Menggunakan KCKT...... .......................................................
25. Kromatogram Kombinasi Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1%, H2SO4 72% dan
enzime selulase pada analisa Komposisi Kandungan Gula Menggunakan KCKT
55
56
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Ampas perasan kelapa sawit merupakan hasil samping industri minyak
kelapa sawit yang cukup melimpah keberadaannya di Indonesia. Setiap tahun
dihasilkan 5.394 metrik ton ampas perasan kelapa sawit (Hem, 2005). Ampas
perasan kelapa sawit dapat digunakan sebagai sumber gula (karbohidrat), sebuah
alternatif sumber bahan baku pakan ikan lokal. Namun, nilai nutrisi dan
kecernaannya yang rendah bila langsung digunakan sebagai bahan baku pakan
ikan karena
kandungan serat kasar yang tinggi merupakan faktor pembatas
pemanfaatannya sebagai bahan baku pakan ikan yang tidak dapat memanfaatkan
selulosa sebagai sumber energinya.
Sebagian besar masalahnya adalah fungsi struktur lignoselulosa (Sun,
2002), yang terdiri dari selulosa (senyawa gula berkarbon enam), hemiselulosa
(senyawa gula berkarbon lima), dan lignin (senyawa polifenol). Produk glukosa
dapat dihasilkan dari degradasi selulosa selulosa, sedangkan produk gula
berkarbon lima dapat dihasilkan dari hemiselulosa (Klass, 1998). Selulosa dan
hemiselulosa pada lignoselulosa ampas perasan kelapa sawit tidak dapat
dihidrolisis kecuali lignin yang berikatan pada lignoselulosa dihilangkan terlebih
dahulu. Lignin secara kimia berikatan dengan komponen selulosa dan
hemiselulosa dan secara fisik bertindak sebagai penghalang proses perombakan
dinding sel oleh enzim (Pareek, 2000).
Perlakuan ideal adalah dengan menghilangkan lignin dan mendegradasi
selulosa dan hemiselulosa menjadi gula (karbohidrat) seperti glukosa. Perlakuan
pendahuluan yang efektif harus dapat membuktikan akan ketersediaan karbohidrat
dan mengurangi produksi yang tidak menguntungkan serta biaya rendah (Sun,
2002). Perlakuan berupa teknik degradasi menggunakan kombinasi kimia dan
enzimatik terhadap ampas perasan kelapa sawit dapat diterapkan untuk dapat
menghilangkan lignin dan merombak kandungan serat kasarnya yang berupa
lignoselulosa menjadi gula sederhana seperti glukosa, galaktosa dan monosakarida
lainnya.
2
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah memperoleh informasi ilmiah menyangkut
teknik degradasi ampas perasan kelapa sawit dengan menggunakan metode
kombinasi kimia dan enzimatik.
Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini untuk memberikan salah satu teknik pengolahan
ampas perasan kelapa sawit sebagai bahan baku pakan ikan sehingga dapat
meningkatkan nilai ekonomis serta mengurangi beban limbah pada lingkungan di
sekitar sentra produksi minyak sawit.
TINJAUAN PUSTAKA
Ampas Perasan Kelapa Sawit Sebagai Biomassa Lignoselulosa
Pengolahan buah kelapa sawit menghasilkan produk utama minyak kelapa
sawit serta produk samping seperti tandan kelapa sawit (TKS), ampas perasan
kelapa sawit, dan lumpur kelapa sawit (Gambar 1). Setiap hektar tanaman kelapa
sawit dapat menghasilkan 4 ton minyak per tahun, yang diperoleh dari sekitar 16
ton tandan buah segar (TBS). Selanjutnya setiap ton TBS dapat menghasilkan 250
kg minyak kelapa sawit, 294 kg lumpur kelapa sawit, dan 180 kg ampas perasan
kelapa sawit. Jumlah ini setara dengan 1.223 kg lumpur kelapa sawit, 509 kg
BKS, dan 2.678 kg ampas perasan kelapa sawit, dan 3.386 kg TKS setiap hektar
setiap tahun. Dari angka ini maka perkebunan kelapa sawit Indonesia dapat
menghasilkan 2.463 metrik ton lumpur sawit, 5.394 metrik ton ampas perasan
kelapa sawit, dan 6.818 metrik ton TKS (Hem, 2005).
Buah sawit segar
Air pencuci
Crude palm oil (CPO)
Palm oil
extraction
factory
Lumpur Palm Oil
Gambar 1.
Tandan Kosong, Cangkang Sawit
Ampas Perasan
Pengolahan buah sawit menghasilkan produk utama minyak sawit
serta produk samping (Hem, 2005).
4
Ampas perasan kelapa sawit merupakan biomassa lignoselulosa potensial
yang dapat dijadikan sumber bahan baku pakan ikan, tidak bersaing dengan
manusia, serta tersedia secara terus-menerus yang sampai saat ini belum
digunakan secara maksimal. Ampas perasan kelapa sawit mempunyai beberapa
keuntungan untuk produksi gula. Hal yang paling penting, tidak seperti jagung,
ampas perasan kelapa sawit dikumpulkan sebagai produksi samping, sehingga
tidak disyaratkan untuk pemisahan panen. Terlebih lagi, ampas perasan kelapa
sawit murah, tersedia banyak, dan mempunyai unsur karbon yang tinggi.
Degradasi lignoselulosa seperti ampas perasan kelapa sawit, relatif sulit
dilakukan karena komponennya merupakan struktur yang kompak dengan ikatan
intermolekul
yang
kuat.
Ringkasan
dari
komposisi
berbagai
senyawa
lignoselulosa yang dapat diubah menjadi gula ditampilkan pada Tabel 1.
Dalam sel tanaman termasuk tanaman sawit, dinding sekundernya, terdiri
dari 3 lapisan (S1, S2, dan S3) yang dikelilingi oleh dinding utama yang tipis.
Dinding sekunder dikelilingi oleh lignin. Lapisan S1 dan S3 mengandung banyak
selulosa dan hemiselulosa. Lapisan S2 mengandung selulosa kristal. Bentuk
kristal terdiri dari ikatan hidrogen linier. Bentuk amorf terdapat pada diantara
bentuk kristal selulosa. Amorf selulosa, hemiselulosa, dan lignin terdapat diantara
lapisan (S1, S2, dan S3) (Fox, 1987). Gambar dinding sel dengan komponennya
ditampilkan pada Gambar 2.
Tabel 1. Komposisi Bahan – Bahan Lignoselulosa (Saha, 2003, Sun, 2002)
Bahan Lignoselulosa
Serat jagung
Tongkol jagung
Kulit jagung
Jerami padi
Jerami gandum
Bungkil kelapa
Alang-alang
Ampas Perasan Kelapa Sawit
Ranting kayu lunak
Rumput kering
Kertas
Komposisi (% bobot kering)
Selulosa (%) Hemiselulosa (%) Lignin (%)
15
35
8
45
35
15
40
25
17
35
25
12
30
50
20
40
24
25
45
30
12
40-55
24-40
18-25
45-50
25-35
25-35
25-40
35-50
10-30
85-90
0
0-15
5
Gambar 2. Sruktur Sekunder Dinding Sel Selulosa, Hemiselulosa, dan Lignin dari
Bahan Lignoselulosa. BKS, mempunyai komposisi 55% selulosa,
24-40% hemiselulosa, dan 18-25% lignin. Lapisan S1 dan S3
mempunyai selulosa amorf dan hemiselulosa. Lapisan S2
mempunyai daerah selulosa kristal (Fox, 1987)
Selulosa
Selulosa merupakan komponen utama penyusun dinding sel tanaman.
Kandungan selulosa pada dinding sel tanaman tingkat tinggi sekitar 35 – 50% dari
berat kering tanaman (Lynd dkk. 2002). Selulosa merupakan polimer glukosa
dengan ikatan β-1,4-glukosida dalam rantai lurus dengan ukuran molekul berkisar
antara 300.000 Dalton hingga 500.000 Dalton (Klass, 1998. Bertran, 1986).
Bangun dasar selulosa (Gambar 3) berupa suatu selobiosa yaitu dimer dari
glukosa. Rantai panjang selulosa terhubung secara bersama melalui ikatan
hidrogen dan gaya van der walls (Perez dkk. 2002).
Selulosa mengandung sekitar 50-90% bagian berkristal dan sisanya bagian
amorf. Ikatan β-1,4-glukosida pada serat selulosa dapat dipecah menjadi monomer
glukosa dengan cara hidrolisis asam atau enzimatis. Hidrolisis parsial dari selulosa
6
menghasilkan sejumlah oligosakarida, termasuk selubiosa, selutriosa, selutetrosa
(Sjostrom, 1981. Feller, 1986). Kesempurnaan pemecahaan selulosa pada saluran
pencernaan ternak tergantung pada ketersediaan enzim pemecahan selulosa yaitu
selulase.
Selulosa dapat digunakan sebagai bahan baku produksi gula (Bezerra,
2004). Selulosa merupakan senyawa poliglikan yang tidak larut air yang
terkandung sekitar setengah dari bobot tanaman (Klass, 1998). Kapas merupakan
sumber selulosa yang hampir seluruhnya selulosa murni sedangkan ampas perasan
kelapa sawit hanya mengandung 40-55% selulosa.
Gambar 3. Struktur Selulosa (Sjostrom, 1981)
Ikatan hidrogen intramolekuler terbentuk antara gugus hidroksil pada
rantai selulosa yang sama menyebabkan tingginya viskositas dan rigiditas polimer
selulosa. Gugus hidroksil pada akhir setiap rantai selulosa mempunyai sifat kimia
yang berbeda. Atom karbon pertama pada akhir rantai selulosa mengandung
gugus aldehid sedangkan atom karbon keempat adalah gugus hidroksil alkohol.
Setiap unit glukosa pada rantai selulosa mempunyai tiga gugus hidroksil yang
berinteraksi dengan rantai lainnya melalui ikatan valensi. Kekuatan ikatannya
adalah 25 kj/mol, hampir seratus kali lebih kuat daripada ikatan Van der Wall
(sekitar 0,15kj/mol), tetapi lebih rendah sepuluh kalinya dari ikatan kovalen O-H
(460 kj/mol) (Krassig, 1993). Interaksi gugus hidroksil intra dan inter merupakan
kekuatan yang utama pada struktur selulosa.
Hemiselulosa
Hemiselulosa terdapat dalam dinding sel dan berikatan dengan selulosa.
Hemiselulosa merupakan kelompok polisakarida heterogen dengan berat molekul
7
rendah. Jumlah hemiselulosa biasanya antara 15 sampai 30% dari berat kering
bahan lignoselulosa. Hemiselulosa relatif lebih mudah dihidrolisis dengan asam
menjadi monomer yang mengandung glukosa, mannosa, galaktosa, xilosa, dan
arabinosa. Hemiselulosa mengikat lembaran serat selulosa membentuk mikrofibril
yang meningkatkan stabilitas dinding sel. Hemiselulosa juga berikatan silang
dengan lignin membentuk jaringan kompleks dan memberikan struktur yang kuat.
Gambar 4. Struktur Hemiselulosa (Sjostrom, 1981)
Xilosa (gula C5) adalah komponen yang paling banyak dalam
hemiselulosa. Xilane mengandung unit D-xilosa dan terikat pada karbon nomor
satu dan nomor empat dari setiap residunya. Arabinosa adalah komponen
terbanyak lainnya dalam hemiselulosa. Komponen minor, termasuk manosa,
galaktosa, dan asam uronik terdapat juga didalamnya. Beberapa hemiselulosa
mengandung glukomanan dan galaktoglukomanan. Glukomanan mengandung
unit D-glukosa dan D-manosa dengan perbandingan 30:70. Galaktoglukomanan
mengandung unit D-galaktosa, D-glukosa, dan D-manosa dengan perbandingan
2:10:30 (Kiass, 1998. Saha, 2003. Paster, 2003). Ringkasan struktur hemiselulosa
ditampilkan pada Gambar 4.
8
Lignin
Lignin merupakan polimer dengan struktur aromatik yang terbentuk
melalui unit-unit penilpropan yang berhubungan secara bersama oleh beberapa
jenis ikatan berbeda (Klass, 1998, Pareek, 2000). Lignin sulit didegradasi karena
mempunyai struktur yang kompleks dan heterogen yang berikatan dengan selulosa
dan hemiselulosa dalam jaringan tanaman. Lebih dari 30% tanaman tersusun atas
lignin yang memberikan bentuk yang kokoh dan memberikan proteksi terhadap
serangga dan patogen. Disamping memberikan bentuk yang kokoh terhadap
tanaman, lignin juga membentuk ikatan yang kuat dengan polisakarida yang
melindungi polisakarida dari degradasi mikroba dan membentuk struktur
lignoselulosa.
Lignin terutama terkonsentrasi pada lamela tengah dan lapisan S2 dinding
sel yang terbentuk selama proses lignifikasi jaringan tanaman. Lignin tidak hanya
mengeraskan mikrofibril selulosa, juga berikatan secara fisik dan kimia dengan
hemiselulosa. Lignin terbentuk melalui polimerisasi tiga dimensi derivat dari
sinamil alkohol terutama p-kumaril, coniferil dan sinafil alkohol dengan bobot
molekul mencapai 11.000 (Gambar 5) (Gratzl, 2000. Campbell, 1996). Lignin
yang melindungi selulosa bersifat tahan terhadap hidrolisis karena adanya ikatan
arilalkil dan ikatan eter.
Pembentukan lignin terjadi secara intensif setelah proses penebalan
dinding sel terhenti. Pembentukan dimulai dari dinding primer dan dilanjutkan ke
dinding sekunder. Faktor lignin dalam membatasi fermeabilitas dinding sel
tanaman dapat dibedakan menjadi efek kimia dan efek fisik. Efek kimia, yaitu
hubungan lignin-karbohidrat dan asetilasi hemiselulosa. Lignin secara fisik
membungkus mikrofibril dalam suatu matriks hidrofobik dan terikat secara
kovalen dengan hemiselulosa. Hubungan lignin karbohidrat berperan dalam
mencegah hidrolisis selulosa.
Pada kayu keras, lignin mengandung banyak unit guaiasilpropan dan
siringilpropan dengan sedikit unit p-hidroksifenilpropan. Lignin mengandung unit
guaiasilpropan dengan unit p-hidroksifenilpropan pada kayu lunak (Baucher,
1998). Pada tanaman rerumputan, lignin terdiri dari unit guaiasilpropan and
9
siringilpropan. Unit p-hidroksifenilpropan terdapat sebagai komponen minor
lignin pada tanaman rerumputan (Grabber, 2004).
Gambar 5. Struktur Lignin (Hammel, 1997)
Metode Perlakuan Untuk Lignoselulosa
Metode
Perlakuan
untuk
lignoselulosa
dirancang
untuk
dapat
meghilangkan lignin terlebih dahulu kemudian dilanjutkan proses hidrolisis asam
atau enzimatik (Wu, 1997). Selulosa berada secara alami sebagai matriks yang
kompak dan kompleks dengan lignin dan hemiselulosa (Cote, 1982). Selulosa
dikelilingi oleh lignin yang bertindak sebagai pelindung (Fox, 1987) dan
tergabung
dengan
hemiselulosa.
Secara
jelasnya
reduksi
selulosa
dan
hemiselulosa dan hilangnya lignin merupakan tujuan penting dari berbagai proses
perlakuan (Wu, 1997). Menurut Tsao (1978), ikatan β-1.4 glukosidik dalam
selulosa lebih mudah terbuka daripada ikatan α-1.4-glukosidik pada kanji. Hal ini
jelas bahwa masalah utama hidrolisis selulosa dan hemiselulosa adalah struktur
sekunder dan tersier, bukan pada ikatan struktur utamanya.
10
Sejumlah metode perlakuan telah dikembangkan untuk mendegradasi
selulosa dan hemiselulosa, antara lain pulverisasi mekanis, pirolisis, asam, basa,
hidogen peroksida, autohidrolisis, eksplosi serat ammonia (AFEX), oksidasi
basah, kapur, eksplosi CO2, pelarut organik. Ringkasan metode perlakuan
ditampilkan pada Tabel 2. Setiap metode perlakuan memiliki kelebihan dan
kekurangan (Saha, 2003. Martin, 2002. Klass, 1998. Ramos, 1996).
Tabel 2. Metode Treatmen Biomassa Lignoselulosa (Saha, 2003. Sun, 2002)
Metode perlakuan
Fisik
Pulverisasimekanik
kekurangan
- biaya tinggi
- tidak dapat
menghilangkan lignin
Fisik-kimia
- menghasilkan produk
samping asam alifatik,
furaldehida, fenolik
yang dapat menghambat
degradasi selulosa oleh
enzim
- biaya tinggi
- butuh gas ozon yang
banyak
- biaya tinggi
Kimia
Biologi
kelebihan
- memutuskan struktur
kristal selulosa
- meningkatkan luas
permukaan untuk
hidrolisis selulosa
- Autohidrolisis - Dapat
- AFEX
menghilangkan lignin
Ozonalisis
Dapat menghilangkan
lignin secara cepat
Hidrolisis asam
Dapat menghasilkan
gula dan
mendegradasi selulosa
dan lignin
Jamur
Biaya rendah
Ramah lingkungan
Tidak dapat
mendegradasi lignin
Kombinasi Kimia dan Enzimatis
Perlakuan kimia bertujuan untuk menghasilkan radikal dengan elektron
tidak berpasangan yang mempunyai reaktifitas tinggi dan waktu paruh pendek.
Beberapa radikal cukup stabil dalam waktu yang lama. Kombinasi radikal dengan
molekul lain supaya tercapai stabilitas, menghasilkan penghilangan elektron.
Radikal seperti oksigen tunggal, superoksida, dan radikal hidroksil menyebabkan
kerusakan DNA, protein, dan lipid. Mereka juga dapat bereaksi dengan
lignoselulosa (Christophersen, 1991). Salah satu reagen kimia yang dapat
11
digunakan untuk treatmen lignoselulosa ialah natrium hipoklorit dan hidrogen
peroksida yang dapat menghasilkan agen pengoksidasi (Chapman, 2003).
Natrium Hipoklorit
Natrium hipoklorit telah banyak digunakan untuk perlakuan air dan limbah
cair. Biasanya digunakan sebagai pencuci cairan atau cairan pencuci (Casson,
2003). Produksi natrium hipoklorit menggunakan klorin dengan causatic soda.
Reaksinya sebagai berikut:
2NaOH + Cl2
NaOC1 + NaC1 + H20 + panas
Kausatik soda (NaOH) digunakan sebagai penstabil (stabilizer). Kekuatan larutan
pencuci NaOH sering ditunjukkan sebagai “trade percent” atau “persen per
volum” terhadap ketersediaan kandungan klorin.
Secara komersial, natrium hipoklorit tersedia dalam konsentrasi 5-15%.
Padatan natrium klorida terbentuk jika kandungan konsentrasinya di atas 15%.
Stabilitas natrium hipoklorit sangat dipengaruhi oleh pH, panas, cahaya, dan
kation logam berat. Larutan hipoklorit paling stabil pada konsentrasi hipoklorida
10% pada pH 11, dengan logam Fe, Cu, atau Ni dengan konsentrasi 0,5 mg/L dan
harus disimpan di tempat gelap pada suhu 21oC. Jika pH kurang dari 11, biasanya
akan mengalami dekomposisi dengan cepat (Casson, 2003. White 1999). Pada
temperatur tinggi, hipoklorit dapat mendekomposisi membentuk ion klorida
(Gordon, 1997).
Reaksinya ditunjukkan sebagai berikut (Gordon, 1997):
NaOCl + H20
HOC1
OCl- + OClOCl- + ClO2-
HOC1 + Na+(OH-)
H+ + OClClO2- + Cl- (lambat)
ClO3- + Cl- (cepat)
Di bawah pH 11, kecepatan rata-rata pembentukan ClO3- dari hipoklorida akan
meningkat, dan pada pH tersebut larutan OCl- menurun dengan berjalannya
waktu, dikarenakan oleh reaksi pembentukan asam (H+):
2HOC1 + OCl-
ClO3- + 2H+ + 2Cl-
Penurunan kecepatan pembentukan ClO3- dipengaruhi oleh pH di atas 11 (Gordon,
1997).
12
Hidroogen Peroksida
Hidrogen peroksida merupaakan larutann yang tidakk berwarna dan tidak
b
berbau,
dann dapat dicampur denggan pelarut organik daan air (Jon
nes, 1999).
H
Hidrogen
peeroksida biaasa digunakaan untuk steerilisasi dan zat disinfekktan dalam
a
aseptik
dan proses pack
kaging (Shinn, 1994). Hiidrogen perooksida juga digunakan
u
untuk
treatm
men lignosellulosa. Sebaagai agen ok
ksidasi, hidrrogen perokksida dapat
m
menghasilka
an oksidatif delignifikasii. Hidrogen peroksida daapat dihasilkkan dengan
r
reduksi
supeeroksida. Hidrogen perooksida dapat mengoksidaasi olefin, hidrokarbon
h
a
aromatik
daan alkena. Untuk
U
dapat digunakan,, hidrogen peroksida
p
m
memerlukan
a
aktifasi.
Oksidan turunaan dari hidroogen perokssida dapat ddilihat pada Gambar 6.
H
Hidrogen
peroksida terrdiri dari hiidrogen dann ion perhiddroksil (HO
OO-) dalam
k
kondisi
bassa (Jones, 1999). Anioon perhidro
oksil dapat menyerang zat yang
elektron seperti oleefin dan aldehida.
k
kekurangan
a
K
Kadang-kada
ang, anion
diubah mennjadi oksidaan kuat dengan cara meencampurkaan senyawa
p
perhidroksil
a yang keekurangan elektron
asil
e
atauu nitrit (Perrez-Benito, 2001). Dalaam kondisi
a
asam
kuat, hidrogen
h
perroksida diubbah ke dalam
m bentuk ekuuivalennya yaitu
y
kation
h
hidrogen
sep
perti ditunjuk
kkan dibawaah ini (Joness, 1999).
H 2 02 + H +
H302
H
Hidrogen
peeroksida dapat mengalam
mi dekompossisi oleh cahhaya, logam, dan enzim
(
(Fiorenza,
1997. Backvaall, 2004).
Gambar 6.
6 Aktifasi H
Hidrogen Perooksida (Jonees, 1999)
13
Campuran Natrium hipoklorit dan Hidrogen Peroksida
Oksigen tunggal, superoksida, dan radikal hidroksil adalah produk penting
dalam reaksi antara natrium hipoklorit dan hidrogen peroksida. Mereka ikut serta
dan dapat bereaksi dengan molekul organik seperti karbohidrat, protein, lipid dan
asam nukleat serta mengubah struktur kimia dan sifatnya (Gierer, 1996). Suatu
kompleks stabil antara natrium hipoklorit dan H2O2 terbentuk jika direaksikan
dengan konsentrasi yang tepat.
Oksigen tunggal telah diteliti oleh Khan dan Kasha pada tahun 1963 ketika
pengukuran spektrum merah chemiluminescence dari reaksi hidrogen peroksida
dan natrium hipoklorit dalam larutan air (Khan, 1991.). Ion Hipoklorit (OCl-)
bereaksi dengan hidrogen peroksida dan menghasilkan oksigen tunggal. Reaksi
tersebut sebagai berikut:
H2O2 + OCl-
1
O2 + H2O + Cl-
Superoksida dan radikal hidroksil merupakan intermedit penting antara
oksigen dan hidrogen peroksida. Superoksida dan radikal hidroksil dapat berperan
dalam degradasi oksidatif pada lignin dan karbohidrat (Gierer, 1996). Gambar 8
menunjukkan spesies oksigen dapat digenerasi dari reaksi natrium hipoklorit
dengan oksigen peroksida. Selektifitas superoksida yaitu dengan penambahan
radikal ke substrat yang meyebabkan pemutusan rantai karbon-karbon,
pembukaan cincin aromatik, dan pemutusan rantai samping alifatik. Disamping
itu, radikal hidroksil bereaksi sangat cepat dan menyerang molekul substrat secara
langsung menyebabkan pembukaan atau pemutusan struktur aromatik dan alifatik
(Gierer, 1996). Radikal hidroksil merupakan derivat utama dari asam hipoklor
(HOCl).
14
Gambar 7. Skema turunan senyawa oksigen reaktif dari NaOCl dan H2O2
(Gordon, 1997. White, 1999).
(I)
(II)
(III)
(IV)
(V)
HClO terdekomposisi menjadi radikal hidroksil (OH-) dan radikal klorin (·Cl).
H2O2 terdekomposisi menjadi OH·+·OH.
Turunan radikal superoksida (02-) beraksi pada H2O2 dan OHHClO mengekstrak ion hidrogen dari H2O2 dan kemudian radikal hidroperoksil
(HOO-) dan O2- diturunkan.
Ekstrak OCl- terdiri dari oksigen tunggal (O2) dari H2O2
Degradasi Selulosa
Degradasi selulosa menjadi gula merupakan tahap penting pada produksi
bahan baku pakan dari ampas perasan kelapa sawit. Di alam (Garves, 1996),
Jamur basidiomicetes dapat melakukan depolimerisasi struktur selulosa kayu
tanpa membuang bagian ligninnya. Metode asam atau hidrolisis enzim biasanya
digunakan untuk hidrolisis selulosa pada proses industri. Hidrolisis asam lebih
cepat reaksinya dan lebih efektif daripada hidrolisis enzim. Bagaimanapun, asam
mendekomposisi selulosa dan menghasilkan produk degradasi. Sedangkan enzim
hidrolisis menghasilkan produk samping lebih sedikit (Martin, 2002. Camacho,
1996).
15
Hidrolisis Asam
Selulosa dapat didegradasi menjadi gula oleh asam. Molekul selulosa
mempunyai karakteristik ikatan β-1,4-glukosida antara unit monomer glukosa.
Ada tiga gugus hidroksil reaktif pada masing-masing unit monomer glukosa.
Asam dapat menyerang ikatan β-1,4-glukosida pada degradasi selulosa. Proses
reaksinya tiga tahap. Pertama, Kecepatan protonasi pada atom oksigen glukosida,
kedua, perpindahan muatan positif ke satu atom karbon menghasilkan kation
karbonium siklik pada ikatan glukosida, dan ketiga, penambahan molekul air pada
ion karbonium (Kraaig, 1993). Asam dapat mendegradasi selulosa menjadi gula,
namun rendemennya sedikit karena larutan asam bersifat tidak netral pada daerah
kristalis selulosa. Kekuatan asam dapat mengurangi daerah kristal dan
mendegradasi glukosa (Klass, 1998).
Hidrolisis Enzimatik
Enzim selulase biasa digunakan untuk menghasilkan gula dari selulosa,
dengan sedikit pembentukan produk samping. Enzim selulase dihasilkan oleh
sebagian besar bakteri dan jamur. Jamur genus trichorderma yang paling banyak
menghasilkan enzim selulale aktif. Mereka menghasilkan tiga selulase: endoglukanase, exo-glukanase, dan β-glukosidase. Endo-glukanase menyerang
struktur internal selulosa. Pembukaan ikatan β-1,4-glukosidik pada struktur
selulosa pada posisi acak untuk menghasilkan fragmen rantai oligomerik. Exoglukanase menyerang lokasi spesifik pada non-reducing ends dalam struktur
selulosa. Produk utamanya ialah unit selubiosa atau glukosa. β-glukosidase
mengubah selubiosa menjadi glukosa (Krassig, 1993. Klass, 1998). Reaksi
tersebut ditunjukkan pada Gambar 8.
Trichoderma reesei menghasilkan 2 exo-glucanase, 5 endo-glucanase,
seperti xylanase, β-glucosidase, β-xylosidase dan galaktomannase yang dapat
digunakan untuk memproduksi glukosa dari selulosa (Krassig, 1993).
16
Gambar 8. Diagram dari reaksi enzim selulase pada hidrolisis selulosa (Krassig,
1993).
BAHAN DAN METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan antara bulan Maret 2008-Februari 2009 di
Laboratorium Uji Balai Besar Pengembangan Budidaya Air Tawar dan
Laboratorium Terpadu IPB.
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan yaitu mesin penepung, saringan 200 mess, satu set
waterbath yang dilengkapi pengatur suhu, termometer, pH meter, pengaduk
magnetik, neraca analitik, oven, soxlet, KCKT dan peralatan gelas Bahan yang
digunakan yaitu ampas perasan kelapa sawit, H2SO4 1,25%, NaOH 3,5%, NaOCl
6%, H2O2 50%, aquades, heksana, metanol, asetonitril, dan jamur Trichoderma
viride
Diagram alir penelitian ditunjukkan pada Lampiran 1 sampai 6.
Persiapan Ampas Perasan Kelapa Sawit
Ampas perasan kelapa sawit berasal dari perkebunan kelapa sawit di
lampung. Sebelum digunakan Ampas perasan kelapa sawit dihaluskan
menggunakan mesin penepung (discmill) dan dibebaskan lemaknya dengan cara
mengaduk, mengenap tuangkan contoh dalam pelarut organik sebanyak tiga kali
dan sampel dikeringkan. Ampas perasan kelapa sawit yang sudah bebas lemak
kemudian dihilangkan proteinnya dengan cara melarutkan dengan H2SO4 1,25 %,
dan NaOH 3,5% dan dikeringkan sampai bobot konstan. Ampas perasan kelapa
sawit ini digunakan untuk seluruh Ampas perasan kelapa sawit penelitian.
Larutan NaOCl-H2O2 Induk
Larutan NaOCl-H2O2 induk dibuat dari kombinasi NaOC1 6% dan H2O2
50% dengan perbandingan 10:1. Larutan NaOCl 6% - H2O2 50% dibuat segar
sebelum eksperimen dilakukan.
Larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% untuk Perlakuan.
Dibuat larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1% dari larutan NaOCl-H2O2 induk.
Semua larutan dicampur pada suhu ruang dengan air destilata.
18
Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% H2O2 1% pada variasi pH dan H2SO4 72%.
2,5 gram ampas perasan kelapa sawit disuspensikan ke dalam 100 ml
larutan NaOCl 0,12% - H2O2 1%. Larutan suspensi digoyang secara kontinyu
selama 30 menit pada suhu ruang dan pH dijaga pada nilai (4, 6, 8, 10, dan 12)
dengan penambahan larutan HCl atau NaOH menggunakan pH meter kemudian
disaring dengan kertas saring, endapan dicuci dengan 100 ml air destilata, lalu
dijenuhkan selama satu jam dalam 0,6% NaOH, pada suhu 25oC, disaring dan
dicuci dengan 100 ml air destilata. Endapan kemudian ditimbang dan dilanjutkan
ke tahap hidrolisis dengan cara ditambahkan H2SO4 (72%) dengan perbandingan
10 bagian H2SO4 (72%) : 1 bagian endapan dan diaduk pada suhu ruang selama 1
jam, kemudian tambahkan 50 ml air destilata dan diinkubasi pada suhu 120oC
didalam oven selama 1 jam. Kemudian didinginkan pada suhu ruang kemudian
ditera, lalu dipisahkan antara fraksi cairan dan padatan dengan kertas saring.
Fraksi cairan ditentukan kandungan gula mengunakan KCKT.
Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% H2O2 1% pada variasi Suhu dan H2SO4 72%.
2,5 gram ampas perasan kelapa sawit dilarutkan ke dalam 100 ml larutan
NaOCl 0,12% - H2O2 1%. Larutan digoyang secara kontinyu selama 30 menit
pada suhu 25oC, 50oC, 70oC, dan 90oC.. Kemudian disaring dengan kertas saring
endapan dicuci dengan 100 ml air destilata, lalu dijenuhkan selama satu jam
dalam 0,6% NaOH, pada suhu 25oC, disaring dan dicuci dengan 100 ml air
destilata. Endapan kemudian ditimbang dan dilanjutkan ke tahap hidrolisis dengan
cara ditambahkan H2SO4 (72%) dengan perbandingan 10 bagian H2SO4 (72%) : 1
bagian endapan dan diaduk pada suhu ruang selama 1 jam, kemudian tambahkan
50 ml air destilata dan diinkubasi pada suhu 120oC didalam oven selama 1 jam.
Kemudian didinginkan pada suhu ruang kemudian ditera, lalu dipisahkan antara
fraksi cairan dan padatan dengan kertas saring. Fraksi cairan ditentukan
kandungan gula mengunakan KCKT.
19
Perlakuan Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl 0,12% H2O2 1% pada variasi waktu dan H2SO4 72%.
2,5 gram ampas perasan kelapa sawit diperlakukan dengan 100 ml larutan
NaOCl 0,12% - H2O2 1% selama 0,5; 3; 24; dan 100 jam pada suhu 25oC. Seperti
perlakuan sebelumnya, endapan dipisahkan, dicuci dengan 100ml air destilata.
Endapan kemudian ditimbang dan dilanjutkan ke tahap hidrolisis dengan cara
ditambahkan H2SO4 (72%) dengan perbandingan 10 bagian H2SO4 (72%) : 1
bagian endapan dan diaduk pada suhu ruang selama 1 jam, kemudian tambahkan
50 ml air destilata dan diinkubasi pada suhu 120oC didalam oven selama 1 jam.
Kemudian didinginkan pada suhu ruang kemudian ditera, lalu dipisahkan antara
fraksi cairan dan padatan dengan kertas saring. Fraksi cairan ditentukan
kandungan gula mengunakan KCKT.
Perlakuan Kombinasi Ampas Perasan Kelapa Sawit dengan Larutan NaOCl
0,12% - H2O2 1% Enzim Selulase dan H2SO4 72%.
Kondisi ini dilakukan berdasarkan hasil analisa komposisi kandungan
glukosa tertinggi dari masing-masing perlakuan pH, suhu, dan waktu. Sebanyak
2,5 gram ampas perasan kelapa sawit diperlakukan dengan larutan NaOCl 0,12% H2O2 1%. Seperti sebelumnya, setelah perlakuan, endapan dipisahkan, dicuci,
dengan 100 ml air destilata. Endapan kemudian dilanjutkan untuk pengujian
dengan enzime selulase.
Endapan
dicampurkan
dengan
jamur
Trichoderma
viride
yang
mengandung enzim selulase. Kemudian diinkubasi pada suhu 37oC, diputar
dengan kecepatan 200 rpm selama 72 jam dan kemudian dilanjutkan ke tahap
hidrolisis dengan cara ditambahkan H2SO4 (72%) dengan perbandingan 10 bagian
H2SO4 (72%) : 1 bagian endapan dengan perbandingan 10 bagian H2SO4 (72%) :
1 bagian endapan dan diaduk pada suhu ruang selama 1 jam, kemudian tambahkan
50 ml air destilata dan diinkubasi pada suhu 120oC didalam oven selama 1 jam.
Kemudian didinginkan pada suhu ruang kemudian ditera, lalu dipisahkan antara
fraksi cairan dan padatan dengan kertas saring. Fraksi cairan ditentukan
kandungan gula mengunakan KCKT.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Degradasi ampas perasan kelapa sawit diawali melalui proses perlakuan
mekanis berupa penepungan dan penyaringan yang bertujuan untuk memutuskan
bentuk kristal dari lignoselulosa ampas kelapa sawit dan untuk menghasilkan luas
permukaan yang banyak agar lignoselulosa tersebut dapat bereaksi dengan pelarut
yang digunakan.
Perlakuan deffating dengan pelarut organik seperti heksana dan
deproteinasi dengan mengggunakan asam sulfat 1,25% dan natrium hidroksida
3,5% bertujuan untuk menghilangkan lipid dan protein yang dapat mengganggu
proses hidrolisis selulosa pada ampas perasan kelapa sawit.
Tahap Pertama: Perlakuan ampas perasan kelapa sawit dengan larutan
NaOCl 0,12% - H2O2 1% pada variasi pH, Suhu, Waktu dan hidrolisis
H2SO4 72%
Perlakuan ini dilakukan setelah ampas perasan kelapa sawit dilakukan
deffating dan deproteinasi. Dimana ampas perasan kelapa sawit dilarutkan terlebih
dahulu dengan NaOCl 0,12% dan H2O2 1% dengan variasi pH (4, 6, 8, 10, 12),
suhu (250C, 500C, 700C, 900C) dan waktu (0,5; 3; 24; 100 jam). Setelah itu
dilakukan hidrolisis dengan asam sulfat 72%.
Penggunaan NaOCl 0,12% dan H2O2 1% untuk menghilangkan kandungan
lignin yang terdapat di dalam lignoselulosa ampas perasan kelapa sawit, dimana
reaksitivitasnya sangat dipengaruhi oleh pH, suhu dan waktu perlakuan. Larutan
NaOCl 0,12% dan H2O2 1% merupakan zat pengoksidator yang dapat
menghasilkan radikal hidroksil, superoksida dan oksigen tunggal yang dapat
bereaksi dengan lignoselulosa serta dapat mengubah struktur kimia dan sifatnya
(Gierer, 1996).
Dari hasil penelitian ini didapat bobot ampas perasan kelapa sawit yang
hilang selama perlakuan larutan NaOCl 0,12% dan H2O2 1% dengan variasi pH
(Gambar 9 dan lampiran 7), variasi suhu (Gambar 10 dan lampiran 7), variasi
waktu (gambar 11 dan Lampiran 7). Persen bobot yang hilang ini menggambarkan
kondisi lignin yang hilang dari lignoselulosa ampas perasan kelapa sawit.
21
30%
%
% bobot
25%
%
20%
%
15%
%
10%
%
5%
%
0%
%
pH 4
pH 6
pH 8
pH 10
p
pH 12
Gambar 9. Persen
G
P
Bobott Ampas Perrasan kelapaa Sawit yangg hilang padaa perlakuan
N
NaOCl
0,12% dan H2O2 1% dengann variasi pH
14%
%
12%
%
% bobot
10%
%
8%
%
6%
%
4%
%
2%
%
0%
%
25 oC
C
50 oC
C
70 o
oC
90 oC
Gambar 10. Persen Bobot
G
B
Ampaas Perasan kelapa Saw
wit yang hiilang pada
p
perlakuan
NaOCl
N
0,12%
% dan H2O2 1%
1 dengan variasi
v
suhu
% bobot
16%
%
14%
%
12%
%
10%
%
8%
%
6%
%
4%
%
2%
%
0%
%
0,5 jam
m
3 jam
m
24 jaam
100 jam
Gambar 11. Persen Bobot
G
B
Ampaas Perasan kelapa Saw
wit yang hiilang pada
p
perlakuan
NaOCl
N
0,12%
% dan H2O2 1%
1 dengan variasi
v
waktuu
22
Ampas perasan kelapa sawit yang telah diperlakukan dengan larutan NaOCl
0,12% - H2O2 1% kemudian dihidrolisis dengan asam sulfat 72% agar didapat
produk glukosa yang diinginkan. Hasil hidrolisis dianalisa dengan menggunakan
kromatografi cair kinerja tinggi (KCKT).
Hasil analisa KCKT berupa kromatogra