Utilization of Carrageenan Waste Processing Kappaphycus alvarezii Dotty on Producing of Bioethanol
1
PEMANFAATAN LIMBAH KARAGENAN
Kappaphycus alvarezii Dotty DALAM PROSES PEMBUATAN
BIOETANOL
HASLIANTI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
2
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul “Pemanfaatan Limbah
Karagenan Kappaphycus alvarezii Dotty dalam Proses Pembuatan Bioetanol”
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun.
Sumber informasi yang berasal atau kutipan dari karya yang diterbitkan maupun
tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan
dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Juli 2013
Haslianti
NRP C351110041
3
RINGKASAN
HASLIANTI. Pemanfaatan Limbah Karagenan Kappaphycus alvarezii Dotty
dalam Proses Pembuatan Bioetanol. Dibimbing oleh JOKO SANTOSO,
PIPIH SUPTIJAH dan MUJIZAT KAWAROE.
Rumput laut K. alvarezii merupakan bahan baku untuk pembuatan
karagenan, jika 1 kg rumput laut diolah menjadi karagenan menghasilkan 0.2 kg
karagenan dan 0.1 kg limbah padat. Kondisi industri pengolahan karagenan
di Indonesia hanya mampu mengolah 20% dari total produksi rumput laut
(540 000 ton kering per tahun), sehingga akan menghasilkan limbah padat sebesar
10 800 ton per tahun. Komponen hemiselulosa dan selulosa yang terdapat pada
limbah pengolahan rumput laut berpotensi sebagai bahan baku bioetanol. Sebagai
bahan baku pembuatan bioetanol, rumput laut memiliki keunggulan jika
dibandingkan dengan bahan baku yang berasal dari tanaman darat memiliki
komponen lignin yang tinggi sedangkan pada rumput laut memiliki kandungan
lignin yang rendah sebesar 1 sampai 7%. Kandungan lignin yang terdapat pada
rumput laut maupun tanaman darat dapat menghambat dalam proses hidrolisis dan
fermentasi.
Penelitian ini bertujuan menentukan konsentrasi asam sulfat dan lama
hidrolisis serta lama fermentasi optimal untuk menghasilkan bioetanol dari limbah
karagenan K. alvarezii Dotty. Penelitian ini terdiri dari beberapa tahap, yaitu:
(a) preparasi dan karakterisasi bahan baku limbah karagenan K. alvarezii Dotty;
(b) optimasi hidrolisis limbah karagenan K. alvarezii Dotty menggunakan H2SO4
dengan perlakuan konsentrasi H2SO4 0%, 1%, 2%, dan 3% dan lama hidrolisis
15, 30 dan 45 menit; (c) adaptasi khamir S. cerevisiae pada media hidrolisat
limbah karagenan K. alvarezii Dotty; dan (d) optimasi lama fermentasi dengan
perlakuan 2, 3, 4, 5, 6, dan 7 hari pada limbah karagenan K. alvarezii Dotty.
Rancangan acak lengkap faktorial dengan konsentrasi H2SO4 dan lama hidrolisis
digunakan pada tahapan hidrolisis, sedangkan pada tahapan fermentasi data
dianalisis secara deskriftif.
Komposisi kimia yang terdapat pada limbah karagenan berupa air, abu,
protein, karbohidrat dan serat kasar. Limbah karagenan K. alvarezii Dotty
mengandung karbohidrat dan serat kasar masing-masing sebesar 11.36% dan
11.64%. Serat kasar pada limbah karagenan berupa hemiselulosa sebesar 12.86%
sedangkan selulosa dan lignin tidak terdeteksi. Komponen tersebut dapat
dihidrolisis dan difermentasi menjadi bioetanol.
Kadar gula pereduksi sangat dipengaruhi oleh konsentrasi H2SO4 (p0.05). Kadar gula pereduksi
tertinggi hasil hidrolisis limbah karagenan K. alvarezii Dotty diperoleh pada
konsentrasi H2SO4 1% selama 15 menit sebesar 17.90% (b/v).
Proses fermentasi dilakukan dengan menggunakan khamir S. cerevisiae
AL IX yang telah diadaptasi pada media hidrolisat limbah karagenan
K. alvarezii Dotty sebanyak 2 kali. Fermentasi selama empat hari menghasilkan
rendemen etanol yang cenderung lebih tinggi, yaitu sebesar 0.41% (v/v) dan jenis
alkohol berupa etanol dengan nilai sebesar 4.78%, sedangkan kadar metanol dan
propanol tidak terdeteksi.
Kata kunci: gula pereduksi, hidrolisis dan fermentasi, kadar etanol, produksi
rumput laut K. alvarezii Dotty.
4
SUMMARY
HASLIANTI.
Utilization
of
Carrageenan
Waste
Processing
Kappaphycus alvarezii Dotty on Producing of Bioethanol. Supervised by
JOKO SANTOSO, PIPIH SUPTIJAH and MUJIZAT KAWAROE.
Seaweed K. alvarezii Dotty is the raw material for the manufacture of
carrageenan, if one kilogram of seaweed are processed into carrageenan it will
produce 0.2 kg of carrageenan and 0.1 kg of solid waste. Existing condition of
carrageenan processing industries in Indonesia are only able to process 20%
from the total production of seaweed (540,000 dry tons per year), it will generate
solid waste of 10 800 tons per year. Hemicellulose and cellulose components
contained in the processing waste of carrageenan and they are potentially to be
used as bioethanol feedstock. As a raw material on producing of bioethanol,
seaweed has advantage in compared to the materials derived from terresterial
plants from of high lignin components while lignin in seaweed contains in low of
1 to 7%. Lignin contents in seaweed and terresterial plants can inhibit hydrolysis
and fermentation process.
This study aims are to determine the concentration of sulfuric acid and
optimum hydrolysis time and fermentation to produce bioethanol from
carrageenan waste of K. alvarezii Dotty. This experiment consist of several steps,
there are (a) preparation and characterization of waste materials from carrageenan
K. alvarezii Dotty; (b) optimization of waste carrageenan hydrolysis
K. alvarezii Dotty using H2SO4 in different concentrations of 0%, 1%, 2%,
and 3% with hydrolysis time of 15, 30 and 45 min; (c) the adaptation of yeast
S. cerevisiae on waste hydrolyze media carrageenan K. alvarezii; and
(d) optimization of fermentation of 2, 3, 4, 5, 6, and 7 days on carrageenan
waste K. alvarezii. Factorial completely randomized design was used in the
hydrolysis experiment with H2SO4 concentration and hydrolysis time as
dependent variables; while in the fermentation step, descriptive analysis was
performed.
The chemical composition of the waste carrageenan are moisture, ash,
protein, carbohydrate and crude fiber. Carrageenan waste contained carbohydrate
and crude fiber of 11.36% and 11.64%, respectively. Crude fiber in the form of
hemicellulose was found in waste carrageenan by 12.86%, while cellulose and
lignin were not detected. These components can be hydrolyzed and fermented
into bioethanol.
Concentration of H2SO4 gave a significant effect on reducing sugar content
(p0.05).
The highest reducing sugar content of hydrolysis from carrageenan waste obtained
in H2SO4 concentration of 1% for 15 minutes was 17.90% (b/v).
The fermentation process was conducted by using the yeast
S. cerevisiae AL IX which has been adapted on hydrolyze media carrageenan
K. alvarezii Dotty waste for 2 times. During the four days of fermentation,
ethanol production was higher of 12.41% (v/v). Types of alcohol obtained in
fermentation experiment was ethanol, with value was 4.78%; whereas methanol
and propanol were not detected.
Keywords: carrageenan waste K. alvarezii Dotty, ethanol, fermentation,
hydrolysis, reducing sugar.
5
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2013
Hak Cipta Dilindungi Undang-undang
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
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
6
PEMANFAATAN LIMBAH KARAGENAN
Kappaphycus alvarezii Dotty DALAM PROSES PEMBUATAN
BIOETANOL
HASLIANTI
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Teknologi Hasil Perairan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
7
Penguji luar komisi ujian tesis: Dr Eng Uju, SPi MSi
Judul Tesis
Nama
NIM
: Pemanfaatan Limbah Karagenan Kappaphycus alvarezii Dotty
dalam Proses Pembuatan Bioetanol
: Haslianti
: C3 5111 0041
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Ketua
-
----.-/
Dr Ir
Dr Pipih Suptijah, MBA
Anggota
ujizat Kawaroe, MSi
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Teknologi Hasil Perairan
ｾ＠
Dr Tati Nurhayati, SPi MSi
Tanggal Ujian:
Tanggallulus:
19
AUG 2013
8
Judul Tesis
Nama
NIM
: Pemanfaatan Limbah Karagenan Kappaphycus alvarezii Dotty
dalam Proses Pembuatan Bioetanol
: Haslianti
: C351110041
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Dr Ir Joko Santoso, MSi
Ketua
Dr Pipih Suptijah, MBA
Anggota
Dr Ir Mujizat Kawaroe, MSi
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Teknologi Hasil Perairan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Tati Nurhayati, SPi MSi
Dr Ir Dahrul Syah, MSc Agr
Tanggal Ujian:
Tanggal lulus:
9
PRAKATA
Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT karena atas segala
ridho dan perkenaan-Nya tesis dengan judul “Pemanfaatan Limbah karagenan
K. alvarezii Dotty dalam Proses Pembuatan Bioetanol” telah berhasil penulis
selesaikan.
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih dan
penghargaan kepada :
1 Ketua Komisi Pembimbing Dr Ir Joko Santoso, MSi dan anggota Komisi
Pembimbing Dr Pipih Suptijah, MBA dan Dr Ir Mujizat Kawaroe, MSi yang
telah memotivasi, memberikan dukungan dan bimbingan kepada penulis dalam
penyusunan dan penyelesaian tesis ini.
2 Penguji luar komisi ujian tesis Dr Eng Uju, SPi MSi yang telah memberikan
saran-saran terhadap tesis hasil penelitian ini.
3 Ketua Program Studi Teknologi Hasil Perairan Dr Tati Nurhayati, SPi MSi
beserta seluruh staf Sekretariat Program Studi Teknologi Hasil Perairan atas
bantuan dan kerjasamanya dalam pengurusan administrasi kepada penulis.
4 Pimpinan CV Agar-agar Sari Jaya Malang Gilina Wahyu Endah yang telah
memproduksi secara khusus karagenan dan menghasilkan limbah karagenan
K. alvarezii Dotty sebagai bahan baku penelitian kepada penulis.
5 Sekretaris Pusat Penelitian Surfaktan dan Bioenergi LPPM IPB
Dr Dwi Setyaningsih beserta seluruh staf Pusat Penelitian Surfaktan dan
Bioenergi LPPM IPB yang telah memberikan fasilitas laboratorium kepada
penulis selama penelitian.
6 Dekan Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan Universitas Haluoelo
Prof Dr Ir Laode Muhammad Aslan, MSc yang telah memotivasi dan
memberikan dukungan kepada penulis selama penelitian.
7 Ayahanda dan Ibunda tercinta Muhammad Ali dan Sitti Hami beserta kakanda
Nuharlin SE dan Rosmaini SPd serta adinda Emiliya SPd, Muhammad Ajiman,
Indrawati SPd dan Sandriyono ST yang telah memberikan dukungan dan kasih
sayang kepada penulis dalam menyelesaikan studi.
8 H. La Anggo Awi dan Hj. Umiyah tercinta beserta seluruh keluarga atas segala
doa dan kasih sayangnya kepada penulis dalam menyelesaikan studi.
9 Kakanda Herlan Hidayat, SPi MSc tercinta yang telah memberikan motivasi,
dukungan dan kasih sayang serta kesabarannya menunggu penulis selama
menyelesaikan studi.
10 Teman-teman Mayor Teknologi Hasil Perairan 2010, 2011, dan 2012 yang
telah memberi dukungan, motivasi, dan semangat kepada penulis selama
melaksanakan penelitian serta terima kasih atas kebersamaan dan kekompakan
baik suka maupun duka selama perkuliahan.
Bogor,
Juli 2013
Haslianti
10
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Hipotesis
Manfaat Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
2 KARAKTERISTIK LIMBAH KARAGENAN K. alvarezii Dotty
PENGHASIL BIOETANOL
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Metode Penelitian
Hasil dan Pembahasan
Simpulan
3 OPTIMASI PROSES HIDROLISIS LIMBAH KARAGENAN
K. alvarezii Dotty PENGHASIL BIOETANOL
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Metode Penelitian
Hasil dan Pembahasan
Simpulan
4 ADAPTASI DAN OPTIMASI PROSES FERMENTASI LIMBAH
KARAGENAN K. alvarezii Dotty PENGHASIL BIOETANOL
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Metode Penelitian
Hasil dan Pembahasan
Simpulan
5 PEMBAHASAN UMUM
SIMPULAN DAN SARAN
DAFTAR PUSTAKA
x
xi
xii
1
2
2
2
3
4
4
5
10
11
12
13
13
15
17
18
21
21
23
26
27
29
30
11
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Morfologi limbah karagenan K. alvarezii Dotty
Reaksi hidrolisis menggunakan H2SO4 (Kim et al. 2010)
Gula pereduksi hasil hidrolisis limbah karagenan K. alvarezii Dotty
Reaksi pembentukan Hydroxy Methyl Furfural (HMF) dan asam levulinat
(Meinita et al. 2012a)
Persentase komponen yang terhidrolisis pada limbah karagenan
K. alvarezii Dotty
Jenis monosakarida pada limbah karagenan K. alvarezii Dotty
Mekanisme Embden Meyerhof Parnas Pathway (EMP) pada glukosa
(Fardiaz 1989)
Struktur kimia glukosa dan galaktosa pada proses fermentasi
(Goh dan Lee 2010)
Mekanisme Leloir Pathway pada galaktosa (Goh dan Lee 2010)
Jumlah sel dan konsumsi gula hasil adaptasi S. cerevisiae
Rendemen etanol dan konsumsi gula hasil fermentasi
Konsumsi monosakarida selama empat hari fermentasi
10
13
15
16
16
17
19
19
20
23
24
25
DAFTAR TABEL
1 Komposisi kimia limbah karagenan K. alvarezii Dotty
10
12
I PENDAHULUAN
Latar Belakang
Produksi rumput laut Indonesia mulai tahun 2000 sampai 2009 untuk
jenis K. alvarezii Dotty mencapai 540 000 ton kering per tahun
(Bixler dan Porse 2011). Rumput laut K. alvarezii merupakan bahan baku untuk
pembuatan karagenan, jika 1 kg rumput laut diolah menjadi karagenan
menghasilkan 0.2 kg karagenan dan 0.1 kg limbah padat. Apabila industri
pengolahan karagenan di Indonesia mengolah 20% dari total produksi
(540 000 ton kering per tahun), maka akan menghasilkan limbah padat sebesar
10 800 ton per tahun. Kumar et al. (2013) menyatakan bahwa limbah agar dari
Gracilaria verrucosa mengandung komponen hemiselulosa, selulosa dan lignin.
Komponen hemiselulosa dan selulosa yang terdapat pada limbah pengolahan
rumput laut berpotensi sebagai bahan baku bioetanol. Rumput laut memiliki
keunggulan jika dibandingkan dengan bahan baku yang berasal dari tanaman darat
memiliki komponen lignin yang tinggi sedangkan pada rumput laut memiliki
kandungan lignin yang rendah sebesar 1 sampai 7% (Bruton et al. 2009;
Bruhn et al. 2010; Chang et al. 2010). Kandungan lignin yang terdapat pada
rumput laut maupun tanaman darat dapat menghambat dalam proses hidrolisis dan
fermentasi.
Pengembangan bioetanol saat ini berasal dari beberapa bahan baku
antara lain jagung, buah bit, gula tebu, dan beberapa hasil pertanian yang
merupakan generasi pertama. Penggunaan bahan baku tersebut menyebabkan
terjadinya kompetisi terhadap ketersediaan pangan dunia (Singh dan Olsen 2011;
Goh dan Lee et al. 2010). Penggunaan limbah karagenan K. alvarezii Dotty dapat
menjadi alternatif bahan baku bioetanol karena tidak berkompetisi dengan pangan.
Krisis energi yang terjadi di berbagai negara di belahan dunia saat ini sudah
memasuki tahapan yang sangat serius dan memprihatinkan termasuk Indonesia.
Produksi energi fosil di Indonesia beberapa tahun terakhir ini sekitar 50%, hanya
cukup untuk 16 tahun ke depan (Licht 2006). Penurunan produksi energi fosil ini
diakibatkan oleh peningkatan kebutuhan dan konsumsi bahan bakar minyak
(BBM) untuk sarana transportasi dan aktivitas industri. Oleh sebab itu perlu dicari
bahan bakar alternatif yang bersifat terbarukan berupa bioetanol.
Bioetanol merupakan etanol atau etil alkohol (C2H5OH) atau sering juga
disebut dengan grain alcohol. Bioetanol merupakan salah satu bahan bakar
alternatif untuk mengurangi ketergantungan terhadap minyak, karena masyarakat
pada umumnya sudah familiar dengan bahan cair BBM sehingga bioetanol
diharapkan dapat mensubsitusi kebutuhan terhadap bensin. Bioetanol bersifat
multiguna karena dicampur dengan bensin pada komposisi berapapun
memberikan dampak yang positif. Campuran gasoline (bensin) dengan alkohol
(bioetanol) disebut gasohol (Hambali 2007). Bioetanol dapat diproduksi dari
tanaman yang mengandung pati atau karbohidrat melalui proses konversi
karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air dengan bantuan hidrolisis asam
atau enzim yang dilanjutkan dengan fermentasi gula menjadi etanol
dengan penambahan ragi (yeast), bakteri dan fungi (Goh dan Lee 2010;
Adams et al. 2011).
13
Tahapan utama proses pembuatan bioetanol dari limbah karagenan
K. alvarezii meliputi proses hidrolisis (enzimatik, asam) dan fermentasi.
Meinita et al. (2012a) melaporkan bahwa proses hidrolisis bahan baku
K. alvarezii menggunakan H2SO4 0.2 M selama 15 menit pada suhu 130 oC,
menghasilkan gula pereduksi dan galaktosa masing-masing sebesar 30.5 g/L
dan 25.6 g/L. Selanjutnya hidrolisat difermentasi dengan 3.3 g/l S. cerevisiae
menghasilkan 1.31 g/L etanol. Lebih lanjut Meinita et al. (2012b) melaporkan
bahwa proses hidrolisis bahan baku K. alvarezii menggunakan H2SO4
menghasilkan gula pereduksi, galaktosa, dan glukosa yang lebih tinggi
dibandingkan hidrolisis menggunakan HCl. Khambhaty et al. (2012) melaporkan
bahwa proses sakarifikasi dari bahan baku K. alvarezii menggunakan H2SO4
0.9 M pada suhu 100 oC selama 1 jam menghasilkan gula pereduksi, rendemen,
dan kadar etanol masing-masing sebesar 0.306 g/g, 0.39 g/g, dan 20.6 g/l.
Penelitian pengolahan bioetanol berbahan baku limbah agar G. verrucosa
menggunakan kapang Trichoderma reesei pada proses hidrolisis telah dilakukan
oleh Kumar et al. (2013), sedangkan Devis (2008) menggunakan bahan baku
limbah karagenan K. alvarezii dengan hidrolisis menggunakan asam klorida.
Metode hidrolisis, lama hidrolisis, dan lama fermentasi, serta bahan baku yang
digunakan dalam produksi bioetanol bersifat spesifik sehingga perlu dilakukan
penelitian lebih lanjut.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan:
1 Mengetahui potensi limbah karagenan K. alvarezii Dotty sebagai bahan baku
pembuatan bioetanol .
2 Menentukan konsentrasi H2SO4 dan lama hidrolisis yang optimal pada proses
hidrolisis.
3 Menentukan lama fermentasi yang optimal pada proses fermentasi.
Hipotesis
1
2
3
Berdasarkan tujuan maka hipotesis penelitian ini adalah:
Komposisi kimia limbah karagenan K. alvarezii Dotty berpengaruh terhadap
konsentrasi H2SO4 yang digunakan untuk proses hidrolisis dan fermentasi.
Konsentrasi H2SO4 dan lama hidrolisis pada proses hidrolisis berpengaruh
terhadap peningkatan gula pereduksi.
Lama fermentasi pada proses fermentasi berpengaruh terhadap peningkatan
rendemen dan kadar etanol.
Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini secara khusus yaitu untuk memperoleh
konsentrasi H2SO4 yang optimal dalam menghidrolisis polisakarida pada
limbah karagenan K. alvarezii Dotty dan lama fermentasi yang optimal untuk
menghasilkan bioetanol. Secara umum diharapkan dapat mengembangkan
potensi laut sebagai bahan baku dan pengembangan teknologi konversi khususnya
limbah rumput laut menjadi bioetanol dan sebagai bahan informasi sehingga dari
14
hasil penelitian ini dapat mendukung peningkatan ketahanan energi. Berdasarkan
rancangan blueprint energi baru terbarukan dan konversi energi, Kementerian
Energi dan Sumber Daya Mineral (EBTKE) tahun 2010, pemanfaatan bioetanol
yang berasal dari berbagai sumber pada tahun 2015 senilai 1 112 000 KL.
Ruang Lingkup Penelitian
1
2
3
4
Ruang lingkup penelitian ini adalah:
Preparasi dan karakterisasi bahan baku limbah karagenan K. alvarezii Doty.
Optimasi hidrolisis limbah karagenan K. alvarezii Dotty menggunakan H2SO4
dengan perlakuan konsentrasi H2SO4 0%, 1%, 2%, dan 3% dan lama hidrolisis
15, 30, dan 45 menit.
Adaptasi khamir S. cerevisiae pada media hidrolisat limbah karagenan
K. alvarezii Dotty.
Optimasi lama fermentasi dengan perlakuan 2, 3, 4, 5, 6, dan 7 hari pada
limbah karagenan K. alvarezii Dotty.
15
2 KARAKTERISTIK LIMBAH KARAGENAN
K. alvarezii Dotty PENGHASIL BIOETANOL
Latar Belakang
Limbah karagenan K. alvarezii Dotty merupakan getah rumput laut yang
diekstraksi dengan air atau larutan alkali dari spesies tertentu dari kelas
Rhodophyceae (alga merah) yang mengandung komponen D-galaktosa-4 sulfat
dan 3.6-anhydro-D-galaktosa-2-sulfat (Meinita et al. 2012a).
Salah satu
kandungan utama yang terdapat pada limbah karagenan K. alvarezii Dotty adalah
karbohidrat dan serat kasar yang terdiri atas hemiselulosa, selulosa dan lignin.
Karbohidrat merupakan hasil fotosintesis pada rumput laut yang disimpan dalam
bentuk karbohidrat berupa polimer atau biasa disebut polisakarida. Karbohidrat
merupakan derivat aldehid atau keton dari alkohol polihindris atau senyawa
turunannya sebagai hasil hidrolisisnya. Karbohidrat pada rumput laut K. alvarezii
cukup tinggi berkisar 25 sampai 60% (Chang et al. 2010). Berdasarkan penelitian
Meinita et al. (2012a) dan Setyaningsih et al. (2012) melaporkan bahwa
kandungan karbohidrat yang diperoleh dari bahan baku K. alvarezii masingmasing sebesar 64% (w/w) dari berat kering dan 26.9%. Selain karbohidrat yang
terkandung pada rumput laut, juga terdapat serat kasar yang merupakan
komponen penyusun dinding sel yang terdiri atas selulosa, hemiselulosa, dan
lignin. Berdasarkan penelitian Setyaningsih et al. (2012) melaporkan bahwa
hemiselulosa dan selulosa yang diperoleh dari bahan baku Eucheuma cotonii
masing-masing sebesar 2.93% dan 10.3%.
Rumput laut memiliki kandungan kimia yang berbeda-beda berdasarkan
jenis dan kondisi lingkungan tempat tumbuhnya. Komposisi kimia rumput laut
dapat menentukan potensi sebagai bahan baku untuk bioetanol dan perbedaan
komposisi kimia juga akan mempengaruhi proses konversi karbohidrat menjadi
bioetanol. Komposisi kimia pada rumput laut selain karbohidrat dan serat kasar
juga mengandung berupa air, abu, protein, dan lemak.
Polisakarida yang terdapat pada rumput laut tersusun atas beberapa
monomer. Monomer dasar dari polisakarida berupa galaktosa (Park et al. 2012),
sedangkan pada selulosa berupa glukosa (Kim et al. 2010; Jeong et al. 2012) dan
monomer dari hemiselulosa berupa xylosa (Yanagisawa et al 2011). Galaktosa,
glukosa dan xylosa merupakan monomer yang dapat difermentasi menjadi
bioetanol dengan menggunakan khamir (Goh dan Lee 2010; Yeon et al. 2011;
Jang et al. 2012a).
Tujuan Penelitian
Karakterisasi bahan baku bertujuan mengetahui komponen kimia pada
kandungan limbah karagenan K. alvarezii Dotty yang dapat dimanfaatkan untuk
bahan baku pembuatan bioetanol.
16
Metode Penelitian
Bahan Penelitian
Limbah karagenan K. alvarezii Dotty yang digunakan untuk penelitian ini
berasal dari CV Agar-agar Sari Jaya Malang. Bahan kimia yang digunakan dalam
analisis proksimat terdiri atas heksana, H2SO4, selenium, aquadest, NaOH, asam
borat, indikator bromchresol green, HaOH-Na2S2O3, HCl, indikator merah dan
biru, larutan Luff schrool, CuSO45H2O, asam sitrat, Na2CO210H2O, larutan soda,
larutan terusi, indikator fenolftalin, larutan luff, KI, etanol, larutan ADS dan NDS,
aseton, serta air suling.
Peralatan Penelitian
Alat yang digunakan untuk analisis proksimat terdiri atas timbangan digital,
bleader, saringan nylon 50 mesh, desikator, analitik Precisa XB 220A, cawan
porselin, neraca analitik, oven Eyela NDO-400, desikator, bunsen, tanur,
labu erlenmeyer, kertas whotman 40, soxlet, kondensor, kjeldahl sistem,
destilator, labu destruksi, alat titrasi, pipet buret, gelas ukur, corong buchner,
pompa vakum, kompor listrik, dan cawan mosir.
Lokasi Penelitian dan Waktu Penelitian
Penelitian dilaksanakan pada bulan Januari sampai dengan Februari 2013
bertempat di Laboratorium Bioenergi, Pusat Penelitian Surfaktan dan Bioenergi,
Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat, Institut Pertanian Bogor
dan Laboratorium Ilmu Nutrisi dan Teknologi Pakan, Fakultas Peternakan Institut
Pertanian Bogor.
Prosedur Penelitian
Preparasi Bahan Baku
Pengiriman limbah karagenan K. alvarezii Dotty menggunakan wadah
styrofoam dalam bentuk limbah semibasah. Proses selanjutnya dilakukan
penjemuran hingga kadar air mencapai 3% dan diperoleh limbah dalam bentuk
kering, selanjutnya limbah karagenan dihaluskan dan diayak menggunakan
saringan nylon 50 mesh dan disimpan dalam desikator sampai digunakan.
Analisis Kadar Air (AOAC 2007)
Cawan porselin yang telah dikeringkan dalam oven pada suhu 105 oC
selama 15 menit selanjutnya didinginkan dalam desikator selama 30 menit dan
ditimbang. Sampel sebanyak 5 g dan ditimbang (a). Sampel kemudian
dimasukan kedalam oven dengan suhu 105 oC selama 4 jam selanjutnya sampel
yang telah dipanaskan didinginkan dalam desikator selama 30 menit dan
ditimbang. Pemanasan sampel dilakukan berulang hingga didapatkan berat yang
konstan (b). Sisa contoh dihitung sebagai total padatan, sedangkan air yang
hilang dihitung sebagai kadar air. perhitungan kadar air menggunakan rumus:
17
Keterangan:
a = berat sampel sebelum dikeringkan dalam oven (gram)
b = berat sampel setelah dikeringkan dalam oven (gram)
Analisis Kadar Abu (AOAC 2007)
Cawan porselin yang telah dikeringkan dalam oven pada suhu 105 oC
selama 15 menit dan didinginkan dalam desikator selama 30 menit dan ditimbang.
Sampel sebanyak 5 g dimasukan dalam cawan porselin ditimbang (a). Sampel
selanjutnya diarangkan dahulu menggunakan bunsen hingga tidak mengeluarkan
asap lagi. Selanjutnya sampel yang telah diarangkan, diabukan ke dalam tanur
pada suhu 600 oC selama 4 jam sampai diperoleh abu berwarna putih keabuan
kemudian didinginkan dalam desikator dan ditimbang hingga mencapai berat
yang konstan (b). Kadar abu dihitung menggunakan rumus:
Keterangan:
a = berat sampel sebelum dikeringkan dalam oven (gram)
b = berat sampel setelah diabukan dalam tanur (gram)
Analisi Kadar Lemak (AOAC 2007)
Sampel sebanyak 0.5 g ditimbang dan dibungkus dengan kertas saring dan
diletakkan pada alat ekstraksi soxhlet yang dipasang di atas kondensor serta labu
lemak di bawahnya. Pelarut heksana dituangkan kedalam labu lemak secukupnya
sesuai dengan ukuran soxhlet yang digunakan dan dilakukan refluks selama
minimal 6 jam sampai pelarut turun kembali ke dalam labu lemak. Selanjutnya
pelarut didalam labu lemak didestilasi dan ditampung. Kemudian labu lemak
yang berisi lemak hasil ekstraksi dikeringkan dalam oven pada suhu 105 oC
selama 5 jam. Labu lemak didinginkan dalam desikator selama 30 menit dan
ditimbang hingga diperoleh bobot yang tetap. Kadar lemak dapat dihitung
berdasarkan rumus:
Analisis Kadar Protein (AOAC 2007)
Prinsip analisis kadar protein yaitu mengetahui kandungan protein kasar
(crude protein) pada suatu bahan. Tahap-tahap yang dilakukan dalam analisis
kadar protein terdiri atas (a) destruksi, (b) destilasi, dan (c) titrasi.
(a) Tahap destruksi
Sampel seberat 0.5 gram dimasukkan kedalam labu Kjeldahl.
Selenium sebanyak 1 butir dimasukkan kedalam tabung dan ditambahkan 3 ml
H2SO4. Tabung yang berisi larutan dimasukkan kedalam alat pemanas dengan
suhu 410 oC dan ditambahkan 10 ml air. Proses destruksi dilakukan sampai
larutan menjadi jernih.
(b) Tahap destilasi
Larutan yang telah jernih didinginkan dan ditambahkan 50 ml aquadest dan
20 mL NaOH 40% dan didestilasi. Selanjunya hasil destilasi ditampung dalam
labu erlenmeyer 125 ml yang telah berisi 25 ml asam borat 2% yang mengandung
18
indikator bromchresol green 0.1 dengan perbandingan 2:1. Proses destilasi
dilakukan dengan menambahkan 50 mL larutan NaOH-Na2S2O3 kedalam alat
destilasi hingga diperoleh 40 ml dan hasil destilat menunjukan warna hijau
kebiruan.
(c) Tahap titrasi
Titrasi dilakukan dengan menggunakan HCl 0.1 N sampai warna larutan
dalam labu erlenmeyer berubah menjadi merah muda. Kadar protein ditentukan
dengan rumus:
Kadar protein (%)
Analisis Kadar Karbohidrat (AOAC 1995)
Analisis kadar pati berdasarkan metode Luff Schrool (AOAC 1995).
Glukosa hasil hidrolisis pati akan mereduksi larutan luff, CuO2 dalam luff
direduksi menjadi CuO2 yang berwarna merah bata. Kelebihan atau sisa Cu2O
dititrasi secara iodometri. Larutan luff schrool dibuat dengan cara melarutkan
CuSO45H2O sebanyak 25 g kedalam 50 mL air suling, 50 g asam sitrat dilarutkan
dalam 50 ml air suling dan 388 g Na2CO210H2O dilarutkan ke dalam 400 ml air
suling. Larutan asam sitrat ditambahkan sedikit demi sedikit pada larutan soda.
Selanjutnya campuran ditambahkan larutan terusi dan diencerkan hingga 100 ml
ke dalam labu ukur kemudian masukkan 2 g sampel kering dan ditambahkan
200 ml HCl 3% serta batu didih. Selanjutnya labu erlenmeyer dipasang pada
pendingin tegak dan dihidrolisis selama 3 jam. Larutan kemudian didinginkan
dan dinetralkan dengan NaOH dan indikator fenolftalin. Larutan dimasukkan
kedalam labu ukur 500 ml, ditambahkan dengan air suling sampai pada tanda tera
kemudian disaring. Larutan sebanyak 10 ml dipipet kedalam labu erlenmeyer
250 ml dan ditambahkan larutan luff 25 ml serta 15 ml air suling, sedangkan
untuk pembuatan blanko dibuat larutan tanpa menambahkan sampel selanjutnya
dianalisis. Larutan yang ada dalam labu erlenmeyer dipasang pada pendingin
balik dan dididihkan selama 10 menit setelah itu larutan tersebut langsung
didinginkan pada air aquadest yang mengalir. Selanjutnya tambahkan larutan
KI 30% dan 25 mL H2SO4 25% kedalam larutan yang telah didinginkan. Proses
selanjutnya larutan dititrasi sampai reaksi terhenti kemudian dititrasi lagi dengan
larutan Na2S2O3 sampai larutan berwarna biru muda. Kadar karbohidrat dapat
dihitung berdasarkan rumus:
Keterangan:
G = glukosa setara dengan ml Na2S2O3 yang dipergunakan untuk titrasi (mg)
setelah gula diperhitungkan
P = pengenceran
g = bobot sampel (mg)
19
Analisis Kadar Serat Kasar (AOAC 1995)
Sampel sebanyak 5 g dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer 500 ml dan
ditambahkan 100 ml H2SO4 0.325 N dan dididihkan selama 30 menit. Larutan
ditambah lagi dengan larutan NaOH 1.25 N sebanyak 50 ml dan didihkan kembali
selama 30 menit. Larutan dalam keadaan panas disaring dengan kertas Whatman
40 setelah diketahui bobot keringnya. Kertas saring yang digunakan dicuci
berturut-turut dengan air panas dengan air panas, 25 ml H2SO4 dan etanol 95%.
Kertas saring beserta sampel kemudian dikeringkan di dalam oven dengan suhu
100 oC hingga bobotnya konstan. Kertas saring yang telah kering kemudian
didinginkan di dalam desikator dan ditimbang beratnya. Kadar serat kasar
dihitung menggunakan rumus:
Analisis Kadar NDF (Van Soest 1963)
Sampel dimasukan kedalam gelas piala 500 ml, kemudian ditambahkan
500 mL larutan NDS. Larutan NDS terdiri atas aquadest 1 liter, Natrium sulfat
30 g, EDTA 18.81 g, Natrium borat 10 H2O 6.81 g, di-Na-HPO4 anhidrat 4.5 g,
dan 2-etoksi etanol murni 10 ml. Selanjutnya sampel disaring menggunakan
pompa vakum dan dimasukkan ke dalam filter glass. Sampel yang berada dalam
filter glass ditimbang masing-masing sebagai (a) dan (b). Sampel (a) dan (b)
dikeringkan menggunakan oven pada suhu 105 oC selama 1 jam, didinginkan
dengan desikator dan ditimbang sebagai (c). Kadar NDF dihitung dengan rumus:
Keterangan:
a = bobot sampel (g)
b = bobot filter glass (g)
c = bobot filter glass dan sampel setelah dioven
Kadar ADF dan Hemiselulosa (Van Soest 1963)
Sampel dimasukan ke dalam gelas piala 500 ml, kemudian ditambahkan
50 mL larutan ADS. Larutan ADS terdiri atas H2SO4, Cethyle Trimethyl
Ammonium Bromidel (CTAB). Selanjutnya sampel dipanaskan selama 1 jam
di atas penangas listrik. Sampel yang telah dipanaskan kemudian dicuci dengan
aseton dan air panas kemudian disaring menggunakan pompa vakum dan
dimasukan ke dalam filter glass. Sampel yang telah disaring kemudian dicuci
dengan aseton dan air panas. Sampel yang berada dalam filter glass ditimbang
masing-masing sebagai (a) dan (b). Sampel (a) dan (b) dikeringkan menggunakan
oven pada suhu 105 oC selama 30 menit dan didinginkan dengan desikator dan
ditimbang sebagai (c). Kadar ADF dihitung dengan rumus:
20
Kadar Selulosa (Van Soest 1963)
Residu ADF sebagai (c) yang berada di dalam filter glass diletakkan di atas
nampan yang berisi air setinggi 1 cm, kemudian ditambahkan H2SO4 72% setinggi
¾ bagian filter glass dan didiamkan selama 3 jam. Setelah didiamkan kemudian
diaduk perlahan-lahan. Sampel yang telah diaduk selanjutnya dicuci dengan
aseton dan air panas kemudian disaring menggunakan pompa vakum dan
dimasukan ke dalam filter glass. Sampel yang telah disaring kemudian dicuci
dengan aseton dan air panas kemudian dikeringkan menggunakan oven pada
suhu 105 oC selama 3 jam dan didinginkan dengan desikator selama 1 jam dan
ditimbang sebagai (d). Kadar selulosa dihitung dengan rumus:
Keterangan:
a = bobot sampel (g)
c = bobot filter glass dan residu ADF awal (g)
d = bobot filter glass dan residu ADF setelah dioven (g)
Analisis Kadar Lignin (AOAC 1984)
Sampel sebanyak 1 g dimasukan ke dalam labu erlenmeyer 250 ml,
kemudian ditambahkan 20 ml H2SO4 dan didiamkan selama 2 jam. Setelah
didiamkan kemudian diaduk perlahan-lahan. Selanjutnya sampel yang telah
diaduk ditambahkan 250 ml aquadest dan dipanaskan lagi dalam waterbath pada
suhu 100 oC selama 3 jam. Sampel yang telah dipanaskan kemudian disaring
dengan corong dan kertas whatman 40 yang telah diketahui bobotnya sebagai (a).
Labu erlenmeyer dan corong dibilas dengan aquadest sebanyak 3 kali sedangkan
kertas saring beserta residu dimasukan kedalam oven pada suhu 105 oC selama
2 jam sampai bobotnya konstan. Kemudian kertas saring tersebut didinginkan
dalam desikator dan ditimbang sebagai (b). Selanjutnya kertas saring beserta
residu diabukan dengan muffle furnace pada suhu 600 oC selama 4 jam sampai
bobotnya konstan kemudian sampel tersebut didinginkan dalam desikator dan
timbang sebagai (c).
Keterangan:
a = bobot kertas saring (g)
b = bobot kertas saring dan residu setelah dioven (g)
c = bobot abu (g)
21
Hasil dan Pembahasan
Pengeringan bahan baku bertujuan untuk memperpanjang daya simpan
limbah karagenan agar tidak mudah rusak selama penyimpanan. Morfologi
limbah karagenan K. alvarezii Dotty yang diperoleh dari CV Agar-agar Sari jaya
Malang dapat dilihat pada Gambar 1.
A
B
Gambar 1 Morfologi limbah karagenan K. alvarezii Dotty. (A) limbah karagenan
sebelum proses pengeringan dan (B) limbah karagenan setelah proses
pengeringan, penggilingan, dan pengayakan
Analisis proksimat dan uji serat kasar bertujuan mengetahui kandungan air,
abu, lemak, protein, dan karbohidrat, serta serat kasar yang terdiri atas
hemiselulosa, selulosa, dan lignin pada limbah karagenan K. alvarezii Dotty.
Komposisi kimia yang terdapat pada limbah karagenan K. alvarezii Dotty berupa
air, abu, protein, karbohidrat dan serat kasar (Tabel 1). Limbah karagenan
K. alvarezii Dotty mengandung karbohidrat dan serat kasar masing-masing
sebesar 11.36% dan 11.64%. Serat kasar terdiri atas hemiselulosa, selulosa dan
lignin masing-masing sebesar 12.86%, selulosa dan lignin tidak terdeteksi.
Kumar et al. (2013) melaporkan bahwa limbah agar dari G. verrucosa
mengandung komponen hemiselulosa dan selulosa masing-masing sebesar 5%
dan 10%. Kandungan hemiselulosa pada limbah karagenan K. alvarezii Dotty
lebih besar daripada limbah agar G. verrucosa. Komponen tersebut dapat
dihidrolisis dan difermentasi menjadi bioetanol.
Tabel 1 Komposisi Kimia Limbah Karagenan K. alvarezii Dotty
Komposisi Kimia
Nilai
Kadar air (%)
3.66±0.04
Kadar abu (%)
36.84±2.67
Kadar lemak (%)
0
Kadar protein (%)
1.78±0.2
Kadar karbohidrat (%)
11.36±1.63
Kadar serat kasar (%)
11.64±0.10
a Hemiselulosa (%)
12.86±0.06
b Selulosa (%)
0
c Lignin (%)
0
22
Kadar Air
Kandungan kadar air pada limbah karagenan K. alvarezii Dotty pada
penelitian ini sebesar 3.66%. Pengeringan bahan baku penelitian ini bertujuan
memperpanjang daya simpan sampel agar dalam proses hidrolisis berjalan secara
optimal dan tidak mudah rusak selama penyimpanan sehingga tidak mengganggu
dalam proses fermentasi dalam menghasilkan bioetanol.
Kadar Abu
Kadar abu limbah karagenan K. alvarezii Dotty sebesar 36.84%.
Rajasulochana et al. (2010) menyatakan bahwa rumput laut K. alvarezii memiliki
kadar abu sebesar 21.1 sampai 39.3% dan kadar sulfat sebesar 1.3 sampai 5.9%,
hal ini mengindikasikan bahwa kadar abu pada rumput laut mengandung jumlah
mineral yang tinggi, yang terdiri atas makro mineral sebesar 8.083 sampai
17.875 mg/100g, Na, K, Ca, Mg) dan trace elements sebesar 5.1 sampai
15.2 mg/100g, Fe, Zn, Cu, Mb).
Kadar Protein
Kadar protein limbah karagenan K. alvarezii Dotty tergolong rendah,
sebesar 1.78%. Hasil penelitian Setyaningsih et al. (2012) menyatakan bahwa
kadar protein pada rumput laut K. alvarezii sebesar 5.02%. Kadar protein yang
dihasilkan pada penelitian ini lebih kecil dibanding kadar protein bahan baku
K. alvarezii segar. Hal ini diduga terjadi hidrolisis protein yang larut air pada saat
proses pengolahan rumput laut menjadi karagenan sehingga menurunkan
kandungan proteinnya.
Kadar Karbohidrat
Limbah karagenan K. alvarezii Dotty mengandung karbohidrat
sebesar 11.36%. Karbohidrat serta komponen serat kasar merupakan polimer
yang dapat dimanfaatkan untuk produksi bioetanol melalui proses fermentasi.
Kandungan karbohidrat pada limbah karagenan K. alvarezii Dotty pada penelitian
ini lebih rendah, bila dibandingkan dengan bahan baku sebesar 78.3%
(Meinita et al. 2012a).
Rendahnya karbohidrat pada limbah karagenan
K. alvarezii Dotty karena sebagian kandungan karbohidrat sebagian besar telah
terekstraksi pada proses pengolahan karagenan.
Kadar Serat Kasar
Kadar serat kasar limbah karagenan K. alvarezii Dotty yang diperoleh
sebesar 11.64% dan kadar hemiselulosa sebesar 12.86%. Komponen kandungan
pada serat kasar pada limbah karagenan masih lebih tinggi bila dibandingkan pada
limbah agar G. verrucosa yang mengandung komponen hemiselulosa dan selulosa
masing-masing sebesar 5% dan 10% (Kumar et al. 2013).
Simpulan
Kandungan karbohidrat dan serat kasar yang diperoleh dari limbah
karagenan K. alvarezii Dotty masing-masing sebesar 11.36% dan 11.64%.
Serat kasar yang terdiri atas hemiselulosa (12.86%), selulosa dan lignin tidak
terdeteksi. Hal ini mengindikasikan bahwa limbah karagenan memiliki potensi
untuk diproses menjadi bioetanol.
23
3 OPTIMASI PROSES HIDROLISIS LIMBAH KARAGENAN
K. alvarezii Dotty PENGHASIL BIOETANOL
Latar Belakang
Hidrolisis merupakan reaksi pengikatan gugus hidroksil/OH oleh suatu
senyawa dan gugus OH dapat diperoleh dari senyawa air (Kim et al. 2011).
Proses hidrolisis atau sakarifikasi dilakukan untuk memecah senyawa polisakarida
menjadi monosakarida dengan tujuan menguraikan polisakarida menjadi molekul
atau struktur yang lebih sederhana melalui proses pemecahan kimiawi yang
selanjutnya dapat difermentasi menjadi bioetanol (Meinita et al. 2012a).
Proses hidrolisis dapat dilakukan dengan metode kimia dan enzimatik.
Perbedaan mendasar antara katalis asam dan enzim yaitu dalam hal spesifikasi
pemutusan rantai polisakarida, dimana enzim bersifat spesifik dalam proses
konversi dan menghasilkan gula yang lebih seragam, sedangkan asam bekerja
secara acak dan gula yang dihasilkan sebagian besar gula pereduksi
(Meinita et al. 2012b).
Asam sulfat merupakan asam yang paling banyak diteliti dan dimanfaatkan
untuk hidrolisis asam. Meinita et al. (2012b) melaporkan bahwa proses hidrolisis
dengan bahan baku K. alvarezii menggunakan H2SO4 dan HCl 0.2M
menghasilkan gula pereduksi, galaktosa, dan glukosa yang lebih tinggi
dibandingkan hidrolisis dengan HCl.
Faktor yang mempengaruhi proses hidrolisis asam adalah konsentrasi asam
dan waktu hidrolisis. Konsentrasi H2SO4 dan lama hidrolisis yang terbaik
ditunjukkan dengan tingginya kadar gula pereduksi yang dihasilkan.
Jeong et al. (2011; 2012); Meinita et al. (2012a) menyatakan bahwa titik optimum
proses hidrolisis terjadi ketika adanya kesetimbangan rasio antara ion H+ pada
asam dan ion OH- pada air untuk memecah pati dan membentuk glukosa.
Penurunan kadar gula pereduksi pada pemberian konsentrasi asam yang tinggi
disebabkan oleh jumlah ion OH - dari air semakin sedikit.
Asam sulfat biasanya digunakan pada bahan terlarut dengan konsentrasi
tidak melebihi 10% dan yang umum digunakan tidak lebih dari 5%. Peningkatan
konsentrasi H2SO4 dan waktu hidrolisis yang semakin lama diduga dapat
menyebabkan terjadinya degradasi komponen gula dan juga dapat terbentuk
senyawa inhibitor yang tidak diinginkan seperti Hydroxy Methyl Furfural (HMF)
dan asam levulinat (Meinita et al. 2012a; 2012b; Jeong et al. 2011). Proses
pemanasan yang dilakukan pada hidrolisis asam menggunakan waktu tidak lebih
dari 90 menit. Meinita et al. (2012a) menyatakan bahwa peningkatan waktu
hidrolisis lebih dari 15 menit dapat menyebabkan penurunan kadar gula
pereduksi, galaktosa, dan etanol. Lebih lanjut Meinita et al. (2012b) menyatakan
bahwa suhu yang biasa digunakan untuk proses hidrolisis tidak melebihi 220 oC
dan yang sering diterapkan tidak lebih 210 oC. Pembentukan asam levulinat pada
hidrolisis asam selama 15 menit lebih rendah dibandingkan dengan hidrolisis
selama 90 menit. Reaksi hidrolisis menggunakan H2SO4 dapat dilihat pada
Gambar 2.
24
Gambar 2 Reaksi hidrolisis menggunakan H2SO4 (Kim et al. 2010)
Gambar 2 Reaksi hidrolisis menggunakan H2SO4 (Kim et al. 2010)
Polisakarida pada rumput laut K. alvarezii Dotty dapat dihidrolisis
menggunakan H2SO4 dengan konsentrasi yang rendah (Meinita et al. 2012a;
Jeong et al. 2011; 2012). Metode hidrolisis, lama hidrolisis, dan lama fermentasi,
serta bahan baku yang digunakan bersifat spesifik sehingga perlu dilakukan
penelitian lebih lanjut. Penelitian ini bertujuan mendapatkan konsentrasi H2SO4,
dan lama hidrolisis optimum untuk menghasilkan gula pereduksi dari limbah
karagenan K. alvarezii Dotty.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan menentukan konsentrasi asam sulfat dan lama
hidrolisis yang optimal terhadap peningkatan kadar gula pereduksi.
Metode Penelitian
Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam proses hidrolisis asam terdiri atas H2SO4,
NaOH, indikator fenolftalin, air suling, dan larutan 3.5-Dinitrosalicylic acid
(DNS), Na-K Tatrat, Na-Metabisulfit, dan HCI.
Alat Penelitian
Alat yang digunakan pada proses hidrolisis yaitu autoclaf Hirayama HV50,
oven Eyela NDO-400, botol jar, kertas Whatman 40, pompa vakum, pH universal,
tabung ulir, penangas, ThermoSpektronic Visible Genesis 20, desikator,
timbangan analitik precisa XB 220A, dan HPLC (High Performance Liquid
Chromatography) Waters 1525EF Binary HPLC Pump dengan spesifikasi sebagai
berikut:
Fase gerak
: H2SO4 0.008 N
Kolom
: Aminex® HPX-87H, 300 mm x 7.8 mm
Detektor
: Reactive index
Kecepatan aliran
: 1 mL/min
Volume injeksi
: 20 µL
Suhu kolom
: 35 oC
25
Lokasi Penelitian dan Waktu Penelitian
Penelitian dilaksanakan bulan Februari sampai dengan Maret 2013
di Laboratorium Bioenergi, Pusat Penelitian Surfaktan dan Bioenergi, Lembaga
Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat, Institut Pertanian Bogor,
Laboratorium Pusat Antar Universitas Institut Pertanian Bogor, Laboratorium
Pengkajian Bioteknologi Serpong Tangerang dan Laboratorium Badan Pengkajian
Penerapan Teknologi Serpong Tangerang.
Prosedur Penelitian
Hidrolisis dilakukan dengan menggunakan autoclaf pada suhu 121 oC,
tekanan 1.5 bar dengan perlakuan lama hidrolisis (15, 30, dan 45 menit) dan
konsentrasi H2SO4 (0%, 1%, 2%, dan 3%). Substrat limbah karagenan yang
digunakan adalah 10% (b/v). Selanjutnya dinetralkan dengan menggunakan
NaOH 10%. Analisis gula pereduksi dilakukan dengan mencampurkan sebanyak
1 mL hidrolisat dengan 3 mL larutan DNS dan dididihkan selama 5 menit
(Miller (1959). Perubahan larutan yang nampak pada hidrolisat selanjutnya
diukur dengan menggunakan spektrofotometer ThermoSpektronic Visible
Genesis 20 pada panjang gelombang 550 nm. Karakterisasi monosakarida
menggunakan HPLC Waters 1525EF Binary HPLC Pump dengan spesifikasi
sebagai berikut:
Fase gerak
: H2SO4 0.008 N
Kolom
: Aminex® HPX-87H, 300 mm x 7.8 mm
Detektor
: Reactive index
Kecepatan aliran
: 1 ml/min
Volume injeksi
: 20 µl
Suhu kolom
: 35 oC
Analisis Data
Hasil dinyatakan sebagai nilai rata-rata ± standar deviasi. Percobaan
dilakukan menggunakan rancangan acak lengkap faktorial dengan dua faktor
perlakuan konsentrasi asam dan waktu hidrolisis. Pengaruh perlakuan terhadap
faktor respon dianalisis menggunakan analisis ragam. Perlakuan yang
memberikan pengaruh nyata (p
PEMANFAATAN LIMBAH KARAGENAN
Kappaphycus alvarezii Dotty DALAM PROSES PEMBUATAN
BIOETANOL
HASLIANTI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
2
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul “Pemanfaatan Limbah
Karagenan Kappaphycus alvarezii Dotty dalam Proses Pembuatan Bioetanol”
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun.
Sumber informasi yang berasal atau kutipan dari karya yang diterbitkan maupun
tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan
dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Juli 2013
Haslianti
NRP C351110041
3
RINGKASAN
HASLIANTI. Pemanfaatan Limbah Karagenan Kappaphycus alvarezii Dotty
dalam Proses Pembuatan Bioetanol. Dibimbing oleh JOKO SANTOSO,
PIPIH SUPTIJAH dan MUJIZAT KAWAROE.
Rumput laut K. alvarezii merupakan bahan baku untuk pembuatan
karagenan, jika 1 kg rumput laut diolah menjadi karagenan menghasilkan 0.2 kg
karagenan dan 0.1 kg limbah padat. Kondisi industri pengolahan karagenan
di Indonesia hanya mampu mengolah 20% dari total produksi rumput laut
(540 000 ton kering per tahun), sehingga akan menghasilkan limbah padat sebesar
10 800 ton per tahun. Komponen hemiselulosa dan selulosa yang terdapat pada
limbah pengolahan rumput laut berpotensi sebagai bahan baku bioetanol. Sebagai
bahan baku pembuatan bioetanol, rumput laut memiliki keunggulan jika
dibandingkan dengan bahan baku yang berasal dari tanaman darat memiliki
komponen lignin yang tinggi sedangkan pada rumput laut memiliki kandungan
lignin yang rendah sebesar 1 sampai 7%. Kandungan lignin yang terdapat pada
rumput laut maupun tanaman darat dapat menghambat dalam proses hidrolisis dan
fermentasi.
Penelitian ini bertujuan menentukan konsentrasi asam sulfat dan lama
hidrolisis serta lama fermentasi optimal untuk menghasilkan bioetanol dari limbah
karagenan K. alvarezii Dotty. Penelitian ini terdiri dari beberapa tahap, yaitu:
(a) preparasi dan karakterisasi bahan baku limbah karagenan K. alvarezii Dotty;
(b) optimasi hidrolisis limbah karagenan K. alvarezii Dotty menggunakan H2SO4
dengan perlakuan konsentrasi H2SO4 0%, 1%, 2%, dan 3% dan lama hidrolisis
15, 30 dan 45 menit; (c) adaptasi khamir S. cerevisiae pada media hidrolisat
limbah karagenan K. alvarezii Dotty; dan (d) optimasi lama fermentasi dengan
perlakuan 2, 3, 4, 5, 6, dan 7 hari pada limbah karagenan K. alvarezii Dotty.
Rancangan acak lengkap faktorial dengan konsentrasi H2SO4 dan lama hidrolisis
digunakan pada tahapan hidrolisis, sedangkan pada tahapan fermentasi data
dianalisis secara deskriftif.
Komposisi kimia yang terdapat pada limbah karagenan berupa air, abu,
protein, karbohidrat dan serat kasar. Limbah karagenan K. alvarezii Dotty
mengandung karbohidrat dan serat kasar masing-masing sebesar 11.36% dan
11.64%. Serat kasar pada limbah karagenan berupa hemiselulosa sebesar 12.86%
sedangkan selulosa dan lignin tidak terdeteksi. Komponen tersebut dapat
dihidrolisis dan difermentasi menjadi bioetanol.
Kadar gula pereduksi sangat dipengaruhi oleh konsentrasi H2SO4 (p0.05). Kadar gula pereduksi
tertinggi hasil hidrolisis limbah karagenan K. alvarezii Dotty diperoleh pada
konsentrasi H2SO4 1% selama 15 menit sebesar 17.90% (b/v).
Proses fermentasi dilakukan dengan menggunakan khamir S. cerevisiae
AL IX yang telah diadaptasi pada media hidrolisat limbah karagenan
K. alvarezii Dotty sebanyak 2 kali. Fermentasi selama empat hari menghasilkan
rendemen etanol yang cenderung lebih tinggi, yaitu sebesar 0.41% (v/v) dan jenis
alkohol berupa etanol dengan nilai sebesar 4.78%, sedangkan kadar metanol dan
propanol tidak terdeteksi.
Kata kunci: gula pereduksi, hidrolisis dan fermentasi, kadar etanol, produksi
rumput laut K. alvarezii Dotty.
4
SUMMARY
HASLIANTI.
Utilization
of
Carrageenan
Waste
Processing
Kappaphycus alvarezii Dotty on Producing of Bioethanol. Supervised by
JOKO SANTOSO, PIPIH SUPTIJAH and MUJIZAT KAWAROE.
Seaweed K. alvarezii Dotty is the raw material for the manufacture of
carrageenan, if one kilogram of seaweed are processed into carrageenan it will
produce 0.2 kg of carrageenan and 0.1 kg of solid waste. Existing condition of
carrageenan processing industries in Indonesia are only able to process 20%
from the total production of seaweed (540,000 dry tons per year), it will generate
solid waste of 10 800 tons per year. Hemicellulose and cellulose components
contained in the processing waste of carrageenan and they are potentially to be
used as bioethanol feedstock. As a raw material on producing of bioethanol,
seaweed has advantage in compared to the materials derived from terresterial
plants from of high lignin components while lignin in seaweed contains in low of
1 to 7%. Lignin contents in seaweed and terresterial plants can inhibit hydrolysis
and fermentation process.
This study aims are to determine the concentration of sulfuric acid and
optimum hydrolysis time and fermentation to produce bioethanol from
carrageenan waste of K. alvarezii Dotty. This experiment consist of several steps,
there are (a) preparation and characterization of waste materials from carrageenan
K. alvarezii Dotty; (b) optimization of waste carrageenan hydrolysis
K. alvarezii Dotty using H2SO4 in different concentrations of 0%, 1%, 2%,
and 3% with hydrolysis time of 15, 30 and 45 min; (c) the adaptation of yeast
S. cerevisiae on waste hydrolyze media carrageenan K. alvarezii; and
(d) optimization of fermentation of 2, 3, 4, 5, 6, and 7 days on carrageenan
waste K. alvarezii. Factorial completely randomized design was used in the
hydrolysis experiment with H2SO4 concentration and hydrolysis time as
dependent variables; while in the fermentation step, descriptive analysis was
performed.
The chemical composition of the waste carrageenan are moisture, ash,
protein, carbohydrate and crude fiber. Carrageenan waste contained carbohydrate
and crude fiber of 11.36% and 11.64%, respectively. Crude fiber in the form of
hemicellulose was found in waste carrageenan by 12.86%, while cellulose and
lignin were not detected. These components can be hydrolyzed and fermented
into bioethanol.
Concentration of H2SO4 gave a significant effect on reducing sugar content
(p0.05).
The highest reducing sugar content of hydrolysis from carrageenan waste obtained
in H2SO4 concentration of 1% for 15 minutes was 17.90% (b/v).
The fermentation process was conducted by using the yeast
S. cerevisiae AL IX which has been adapted on hydrolyze media carrageenan
K. alvarezii Dotty waste for 2 times. During the four days of fermentation,
ethanol production was higher of 12.41% (v/v). Types of alcohol obtained in
fermentation experiment was ethanol, with value was 4.78%; whereas methanol
and propanol were not detected.
Keywords: carrageenan waste K. alvarezii Dotty, ethanol, fermentation,
hydrolysis, reducing sugar.
5
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2013
Hak Cipta Dilindungi Undang-undang
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
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
6
PEMANFAATAN LIMBAH KARAGENAN
Kappaphycus alvarezii Dotty DALAM PROSES PEMBUATAN
BIOETANOL
HASLIANTI
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Teknologi Hasil Perairan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
7
Penguji luar komisi ujian tesis: Dr Eng Uju, SPi MSi
Judul Tesis
Nama
NIM
: Pemanfaatan Limbah Karagenan Kappaphycus alvarezii Dotty
dalam Proses Pembuatan Bioetanol
: Haslianti
: C3 5111 0041
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Ketua
-
----.-/
Dr Ir
Dr Pipih Suptijah, MBA
Anggota
ujizat Kawaroe, MSi
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Teknologi Hasil Perairan
ｾ＠
Dr Tati Nurhayati, SPi MSi
Tanggal Ujian:
Tanggallulus:
19
AUG 2013
8
Judul Tesis
Nama
NIM
: Pemanfaatan Limbah Karagenan Kappaphycus alvarezii Dotty
dalam Proses Pembuatan Bioetanol
: Haslianti
: C351110041
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Dr Ir Joko Santoso, MSi
Ketua
Dr Pipih Suptijah, MBA
Anggota
Dr Ir Mujizat Kawaroe, MSi
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Teknologi Hasil Perairan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Tati Nurhayati, SPi MSi
Dr Ir Dahrul Syah, MSc Agr
Tanggal Ujian:
Tanggal lulus:
9
PRAKATA
Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT karena atas segala
ridho dan perkenaan-Nya tesis dengan judul “Pemanfaatan Limbah karagenan
K. alvarezii Dotty dalam Proses Pembuatan Bioetanol” telah berhasil penulis
selesaikan.
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih dan
penghargaan kepada :
1 Ketua Komisi Pembimbing Dr Ir Joko Santoso, MSi dan anggota Komisi
Pembimbing Dr Pipih Suptijah, MBA dan Dr Ir Mujizat Kawaroe, MSi yang
telah memotivasi, memberikan dukungan dan bimbingan kepada penulis dalam
penyusunan dan penyelesaian tesis ini.
2 Penguji luar komisi ujian tesis Dr Eng Uju, SPi MSi yang telah memberikan
saran-saran terhadap tesis hasil penelitian ini.
3 Ketua Program Studi Teknologi Hasil Perairan Dr Tati Nurhayati, SPi MSi
beserta seluruh staf Sekretariat Program Studi Teknologi Hasil Perairan atas
bantuan dan kerjasamanya dalam pengurusan administrasi kepada penulis.
4 Pimpinan CV Agar-agar Sari Jaya Malang Gilina Wahyu Endah yang telah
memproduksi secara khusus karagenan dan menghasilkan limbah karagenan
K. alvarezii Dotty sebagai bahan baku penelitian kepada penulis.
5 Sekretaris Pusat Penelitian Surfaktan dan Bioenergi LPPM IPB
Dr Dwi Setyaningsih beserta seluruh staf Pusat Penelitian Surfaktan dan
Bioenergi LPPM IPB yang telah memberikan fasilitas laboratorium kepada
penulis selama penelitian.
6 Dekan Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan Universitas Haluoelo
Prof Dr Ir Laode Muhammad Aslan, MSc yang telah memotivasi dan
memberikan dukungan kepada penulis selama penelitian.
7 Ayahanda dan Ibunda tercinta Muhammad Ali dan Sitti Hami beserta kakanda
Nuharlin SE dan Rosmaini SPd serta adinda Emiliya SPd, Muhammad Ajiman,
Indrawati SPd dan Sandriyono ST yang telah memberikan dukungan dan kasih
sayang kepada penulis dalam menyelesaikan studi.
8 H. La Anggo Awi dan Hj. Umiyah tercinta beserta seluruh keluarga atas segala
doa dan kasih sayangnya kepada penulis dalam menyelesaikan studi.
9 Kakanda Herlan Hidayat, SPi MSc tercinta yang telah memberikan motivasi,
dukungan dan kasih sayang serta kesabarannya menunggu penulis selama
menyelesaikan studi.
10 Teman-teman Mayor Teknologi Hasil Perairan 2010, 2011, dan 2012 yang
telah memberi dukungan, motivasi, dan semangat kepada penulis selama
melaksanakan penelitian serta terima kasih atas kebersamaan dan kekompakan
baik suka maupun duka selama perkuliahan.
Bogor,
Juli 2013
Haslianti
10
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Hipotesis
Manfaat Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
2 KARAKTERISTIK LIMBAH KARAGENAN K. alvarezii Dotty
PENGHASIL BIOETANOL
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Metode Penelitian
Hasil dan Pembahasan
Simpulan
3 OPTIMASI PROSES HIDROLISIS LIMBAH KARAGENAN
K. alvarezii Dotty PENGHASIL BIOETANOL
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Metode Penelitian
Hasil dan Pembahasan
Simpulan
4 ADAPTASI DAN OPTIMASI PROSES FERMENTASI LIMBAH
KARAGENAN K. alvarezii Dotty PENGHASIL BIOETANOL
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Metode Penelitian
Hasil dan Pembahasan
Simpulan
5 PEMBAHASAN UMUM
SIMPULAN DAN SARAN
DAFTAR PUSTAKA
x
xi
xii
1
2
2
2
3
4
4
5
10
11
12
13
13
15
17
18
21
21
23
26
27
29
30
11
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Morfologi limbah karagenan K. alvarezii Dotty
Reaksi hidrolisis menggunakan H2SO4 (Kim et al. 2010)
Gula pereduksi hasil hidrolisis limbah karagenan K. alvarezii Dotty
Reaksi pembentukan Hydroxy Methyl Furfural (HMF) dan asam levulinat
(Meinita et al. 2012a)
Persentase komponen yang terhidrolisis pada limbah karagenan
K. alvarezii Dotty
Jenis monosakarida pada limbah karagenan K. alvarezii Dotty
Mekanisme Embden Meyerhof Parnas Pathway (EMP) pada glukosa
(Fardiaz 1989)
Struktur kimia glukosa dan galaktosa pada proses fermentasi
(Goh dan Lee 2010)
Mekanisme Leloir Pathway pada galaktosa (Goh dan Lee 2010)
Jumlah sel dan konsumsi gula hasil adaptasi S. cerevisiae
Rendemen etanol dan konsumsi gula hasil fermentasi
Konsumsi monosakarida selama empat hari fermentasi
10
13
15
16
16
17
19
19
20
23
24
25
DAFTAR TABEL
1 Komposisi kimia limbah karagenan K. alvarezii Dotty
10
12
I PENDAHULUAN
Latar Belakang
Produksi rumput laut Indonesia mulai tahun 2000 sampai 2009 untuk
jenis K. alvarezii Dotty mencapai 540 000 ton kering per tahun
(Bixler dan Porse 2011). Rumput laut K. alvarezii merupakan bahan baku untuk
pembuatan karagenan, jika 1 kg rumput laut diolah menjadi karagenan
menghasilkan 0.2 kg karagenan dan 0.1 kg limbah padat. Apabila industri
pengolahan karagenan di Indonesia mengolah 20% dari total produksi
(540 000 ton kering per tahun), maka akan menghasilkan limbah padat sebesar
10 800 ton per tahun. Kumar et al. (2013) menyatakan bahwa limbah agar dari
Gracilaria verrucosa mengandung komponen hemiselulosa, selulosa dan lignin.
Komponen hemiselulosa dan selulosa yang terdapat pada limbah pengolahan
rumput laut berpotensi sebagai bahan baku bioetanol. Rumput laut memiliki
keunggulan jika dibandingkan dengan bahan baku yang berasal dari tanaman darat
memiliki komponen lignin yang tinggi sedangkan pada rumput laut memiliki
kandungan lignin yang rendah sebesar 1 sampai 7% (Bruton et al. 2009;
Bruhn et al. 2010; Chang et al. 2010). Kandungan lignin yang terdapat pada
rumput laut maupun tanaman darat dapat menghambat dalam proses hidrolisis dan
fermentasi.
Pengembangan bioetanol saat ini berasal dari beberapa bahan baku
antara lain jagung, buah bit, gula tebu, dan beberapa hasil pertanian yang
merupakan generasi pertama. Penggunaan bahan baku tersebut menyebabkan
terjadinya kompetisi terhadap ketersediaan pangan dunia (Singh dan Olsen 2011;
Goh dan Lee et al. 2010). Penggunaan limbah karagenan K. alvarezii Dotty dapat
menjadi alternatif bahan baku bioetanol karena tidak berkompetisi dengan pangan.
Krisis energi yang terjadi di berbagai negara di belahan dunia saat ini sudah
memasuki tahapan yang sangat serius dan memprihatinkan termasuk Indonesia.
Produksi energi fosil di Indonesia beberapa tahun terakhir ini sekitar 50%, hanya
cukup untuk 16 tahun ke depan (Licht 2006). Penurunan produksi energi fosil ini
diakibatkan oleh peningkatan kebutuhan dan konsumsi bahan bakar minyak
(BBM) untuk sarana transportasi dan aktivitas industri. Oleh sebab itu perlu dicari
bahan bakar alternatif yang bersifat terbarukan berupa bioetanol.
Bioetanol merupakan etanol atau etil alkohol (C2H5OH) atau sering juga
disebut dengan grain alcohol. Bioetanol merupakan salah satu bahan bakar
alternatif untuk mengurangi ketergantungan terhadap minyak, karena masyarakat
pada umumnya sudah familiar dengan bahan cair BBM sehingga bioetanol
diharapkan dapat mensubsitusi kebutuhan terhadap bensin. Bioetanol bersifat
multiguna karena dicampur dengan bensin pada komposisi berapapun
memberikan dampak yang positif. Campuran gasoline (bensin) dengan alkohol
(bioetanol) disebut gasohol (Hambali 2007). Bioetanol dapat diproduksi dari
tanaman yang mengandung pati atau karbohidrat melalui proses konversi
karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air dengan bantuan hidrolisis asam
atau enzim yang dilanjutkan dengan fermentasi gula menjadi etanol
dengan penambahan ragi (yeast), bakteri dan fungi (Goh dan Lee 2010;
Adams et al. 2011).
13
Tahapan utama proses pembuatan bioetanol dari limbah karagenan
K. alvarezii meliputi proses hidrolisis (enzimatik, asam) dan fermentasi.
Meinita et al. (2012a) melaporkan bahwa proses hidrolisis bahan baku
K. alvarezii menggunakan H2SO4 0.2 M selama 15 menit pada suhu 130 oC,
menghasilkan gula pereduksi dan galaktosa masing-masing sebesar 30.5 g/L
dan 25.6 g/L. Selanjutnya hidrolisat difermentasi dengan 3.3 g/l S. cerevisiae
menghasilkan 1.31 g/L etanol. Lebih lanjut Meinita et al. (2012b) melaporkan
bahwa proses hidrolisis bahan baku K. alvarezii menggunakan H2SO4
menghasilkan gula pereduksi, galaktosa, dan glukosa yang lebih tinggi
dibandingkan hidrolisis menggunakan HCl. Khambhaty et al. (2012) melaporkan
bahwa proses sakarifikasi dari bahan baku K. alvarezii menggunakan H2SO4
0.9 M pada suhu 100 oC selama 1 jam menghasilkan gula pereduksi, rendemen,
dan kadar etanol masing-masing sebesar 0.306 g/g, 0.39 g/g, dan 20.6 g/l.
Penelitian pengolahan bioetanol berbahan baku limbah agar G. verrucosa
menggunakan kapang Trichoderma reesei pada proses hidrolisis telah dilakukan
oleh Kumar et al. (2013), sedangkan Devis (2008) menggunakan bahan baku
limbah karagenan K. alvarezii dengan hidrolisis menggunakan asam klorida.
Metode hidrolisis, lama hidrolisis, dan lama fermentasi, serta bahan baku yang
digunakan dalam produksi bioetanol bersifat spesifik sehingga perlu dilakukan
penelitian lebih lanjut.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan:
1 Mengetahui potensi limbah karagenan K. alvarezii Dotty sebagai bahan baku
pembuatan bioetanol .
2 Menentukan konsentrasi H2SO4 dan lama hidrolisis yang optimal pada proses
hidrolisis.
3 Menentukan lama fermentasi yang optimal pada proses fermentasi.
Hipotesis
1
2
3
Berdasarkan tujuan maka hipotesis penelitian ini adalah:
Komposisi kimia limbah karagenan K. alvarezii Dotty berpengaruh terhadap
konsentrasi H2SO4 yang digunakan untuk proses hidrolisis dan fermentasi.
Konsentrasi H2SO4 dan lama hidrolisis pada proses hidrolisis berpengaruh
terhadap peningkatan gula pereduksi.
Lama fermentasi pada proses fermentasi berpengaruh terhadap peningkatan
rendemen dan kadar etanol.
Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini secara khusus yaitu untuk memperoleh
konsentrasi H2SO4 yang optimal dalam menghidrolisis polisakarida pada
limbah karagenan K. alvarezii Dotty dan lama fermentasi yang optimal untuk
menghasilkan bioetanol. Secara umum diharapkan dapat mengembangkan
potensi laut sebagai bahan baku dan pengembangan teknologi konversi khususnya
limbah rumput laut menjadi bioetanol dan sebagai bahan informasi sehingga dari
14
hasil penelitian ini dapat mendukung peningkatan ketahanan energi. Berdasarkan
rancangan blueprint energi baru terbarukan dan konversi energi, Kementerian
Energi dan Sumber Daya Mineral (EBTKE) tahun 2010, pemanfaatan bioetanol
yang berasal dari berbagai sumber pada tahun 2015 senilai 1 112 000 KL.
Ruang Lingkup Penelitian
1
2
3
4
Ruang lingkup penelitian ini adalah:
Preparasi dan karakterisasi bahan baku limbah karagenan K. alvarezii Doty.
Optimasi hidrolisis limbah karagenan K. alvarezii Dotty menggunakan H2SO4
dengan perlakuan konsentrasi H2SO4 0%, 1%, 2%, dan 3% dan lama hidrolisis
15, 30, dan 45 menit.
Adaptasi khamir S. cerevisiae pada media hidrolisat limbah karagenan
K. alvarezii Dotty.
Optimasi lama fermentasi dengan perlakuan 2, 3, 4, 5, 6, dan 7 hari pada
limbah karagenan K. alvarezii Dotty.
15
2 KARAKTERISTIK LIMBAH KARAGENAN
K. alvarezii Dotty PENGHASIL BIOETANOL
Latar Belakang
Limbah karagenan K. alvarezii Dotty merupakan getah rumput laut yang
diekstraksi dengan air atau larutan alkali dari spesies tertentu dari kelas
Rhodophyceae (alga merah) yang mengandung komponen D-galaktosa-4 sulfat
dan 3.6-anhydro-D-galaktosa-2-sulfat (Meinita et al. 2012a).
Salah satu
kandungan utama yang terdapat pada limbah karagenan K. alvarezii Dotty adalah
karbohidrat dan serat kasar yang terdiri atas hemiselulosa, selulosa dan lignin.
Karbohidrat merupakan hasil fotosintesis pada rumput laut yang disimpan dalam
bentuk karbohidrat berupa polimer atau biasa disebut polisakarida. Karbohidrat
merupakan derivat aldehid atau keton dari alkohol polihindris atau senyawa
turunannya sebagai hasil hidrolisisnya. Karbohidrat pada rumput laut K. alvarezii
cukup tinggi berkisar 25 sampai 60% (Chang et al. 2010). Berdasarkan penelitian
Meinita et al. (2012a) dan Setyaningsih et al. (2012) melaporkan bahwa
kandungan karbohidrat yang diperoleh dari bahan baku K. alvarezii masingmasing sebesar 64% (w/w) dari berat kering dan 26.9%. Selain karbohidrat yang
terkandung pada rumput laut, juga terdapat serat kasar yang merupakan
komponen penyusun dinding sel yang terdiri atas selulosa, hemiselulosa, dan
lignin. Berdasarkan penelitian Setyaningsih et al. (2012) melaporkan bahwa
hemiselulosa dan selulosa yang diperoleh dari bahan baku Eucheuma cotonii
masing-masing sebesar 2.93% dan 10.3%.
Rumput laut memiliki kandungan kimia yang berbeda-beda berdasarkan
jenis dan kondisi lingkungan tempat tumbuhnya. Komposisi kimia rumput laut
dapat menentukan potensi sebagai bahan baku untuk bioetanol dan perbedaan
komposisi kimia juga akan mempengaruhi proses konversi karbohidrat menjadi
bioetanol. Komposisi kimia pada rumput laut selain karbohidrat dan serat kasar
juga mengandung berupa air, abu, protein, dan lemak.
Polisakarida yang terdapat pada rumput laut tersusun atas beberapa
monomer. Monomer dasar dari polisakarida berupa galaktosa (Park et al. 2012),
sedangkan pada selulosa berupa glukosa (Kim et al. 2010; Jeong et al. 2012) dan
monomer dari hemiselulosa berupa xylosa (Yanagisawa et al 2011). Galaktosa,
glukosa dan xylosa merupakan monomer yang dapat difermentasi menjadi
bioetanol dengan menggunakan khamir (Goh dan Lee 2010; Yeon et al. 2011;
Jang et al. 2012a).
Tujuan Penelitian
Karakterisasi bahan baku bertujuan mengetahui komponen kimia pada
kandungan limbah karagenan K. alvarezii Dotty yang dapat dimanfaatkan untuk
bahan baku pembuatan bioetanol.
16
Metode Penelitian
Bahan Penelitian
Limbah karagenan K. alvarezii Dotty yang digunakan untuk penelitian ini
berasal dari CV Agar-agar Sari Jaya Malang. Bahan kimia yang digunakan dalam
analisis proksimat terdiri atas heksana, H2SO4, selenium, aquadest, NaOH, asam
borat, indikator bromchresol green, HaOH-Na2S2O3, HCl, indikator merah dan
biru, larutan Luff schrool, CuSO45H2O, asam sitrat, Na2CO210H2O, larutan soda,
larutan terusi, indikator fenolftalin, larutan luff, KI, etanol, larutan ADS dan NDS,
aseton, serta air suling.
Peralatan Penelitian
Alat yang digunakan untuk analisis proksimat terdiri atas timbangan digital,
bleader, saringan nylon 50 mesh, desikator, analitik Precisa XB 220A, cawan
porselin, neraca analitik, oven Eyela NDO-400, desikator, bunsen, tanur,
labu erlenmeyer, kertas whotman 40, soxlet, kondensor, kjeldahl sistem,
destilator, labu destruksi, alat titrasi, pipet buret, gelas ukur, corong buchner,
pompa vakum, kompor listrik, dan cawan mosir.
Lokasi Penelitian dan Waktu Penelitian
Penelitian dilaksanakan pada bulan Januari sampai dengan Februari 2013
bertempat di Laboratorium Bioenergi, Pusat Penelitian Surfaktan dan Bioenergi,
Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat, Institut Pertanian Bogor
dan Laboratorium Ilmu Nutrisi dan Teknologi Pakan, Fakultas Peternakan Institut
Pertanian Bogor.
Prosedur Penelitian
Preparasi Bahan Baku
Pengiriman limbah karagenan K. alvarezii Dotty menggunakan wadah
styrofoam dalam bentuk limbah semibasah. Proses selanjutnya dilakukan
penjemuran hingga kadar air mencapai 3% dan diperoleh limbah dalam bentuk
kering, selanjutnya limbah karagenan dihaluskan dan diayak menggunakan
saringan nylon 50 mesh dan disimpan dalam desikator sampai digunakan.
Analisis Kadar Air (AOAC 2007)
Cawan porselin yang telah dikeringkan dalam oven pada suhu 105 oC
selama 15 menit selanjutnya didinginkan dalam desikator selama 30 menit dan
ditimbang. Sampel sebanyak 5 g dan ditimbang (a). Sampel kemudian
dimasukan kedalam oven dengan suhu 105 oC selama 4 jam selanjutnya sampel
yang telah dipanaskan didinginkan dalam desikator selama 30 menit dan
ditimbang. Pemanasan sampel dilakukan berulang hingga didapatkan berat yang
konstan (b). Sisa contoh dihitung sebagai total padatan, sedangkan air yang
hilang dihitung sebagai kadar air. perhitungan kadar air menggunakan rumus:
17
Keterangan:
a = berat sampel sebelum dikeringkan dalam oven (gram)
b = berat sampel setelah dikeringkan dalam oven (gram)
Analisis Kadar Abu (AOAC 2007)
Cawan porselin yang telah dikeringkan dalam oven pada suhu 105 oC
selama 15 menit dan didinginkan dalam desikator selama 30 menit dan ditimbang.
Sampel sebanyak 5 g dimasukan dalam cawan porselin ditimbang (a). Sampel
selanjutnya diarangkan dahulu menggunakan bunsen hingga tidak mengeluarkan
asap lagi. Selanjutnya sampel yang telah diarangkan, diabukan ke dalam tanur
pada suhu 600 oC selama 4 jam sampai diperoleh abu berwarna putih keabuan
kemudian didinginkan dalam desikator dan ditimbang hingga mencapai berat
yang konstan (b). Kadar abu dihitung menggunakan rumus:
Keterangan:
a = berat sampel sebelum dikeringkan dalam oven (gram)
b = berat sampel setelah diabukan dalam tanur (gram)
Analisi Kadar Lemak (AOAC 2007)
Sampel sebanyak 0.5 g ditimbang dan dibungkus dengan kertas saring dan
diletakkan pada alat ekstraksi soxhlet yang dipasang di atas kondensor serta labu
lemak di bawahnya. Pelarut heksana dituangkan kedalam labu lemak secukupnya
sesuai dengan ukuran soxhlet yang digunakan dan dilakukan refluks selama
minimal 6 jam sampai pelarut turun kembali ke dalam labu lemak. Selanjutnya
pelarut didalam labu lemak didestilasi dan ditampung. Kemudian labu lemak
yang berisi lemak hasil ekstraksi dikeringkan dalam oven pada suhu 105 oC
selama 5 jam. Labu lemak didinginkan dalam desikator selama 30 menit dan
ditimbang hingga diperoleh bobot yang tetap. Kadar lemak dapat dihitung
berdasarkan rumus:
Analisis Kadar Protein (AOAC 2007)
Prinsip analisis kadar protein yaitu mengetahui kandungan protein kasar
(crude protein) pada suatu bahan. Tahap-tahap yang dilakukan dalam analisis
kadar protein terdiri atas (a) destruksi, (b) destilasi, dan (c) titrasi.
(a) Tahap destruksi
Sampel seberat 0.5 gram dimasukkan kedalam labu Kjeldahl.
Selenium sebanyak 1 butir dimasukkan kedalam tabung dan ditambahkan 3 ml
H2SO4. Tabung yang berisi larutan dimasukkan kedalam alat pemanas dengan
suhu 410 oC dan ditambahkan 10 ml air. Proses destruksi dilakukan sampai
larutan menjadi jernih.
(b) Tahap destilasi
Larutan yang telah jernih didinginkan dan ditambahkan 50 ml aquadest dan
20 mL NaOH 40% dan didestilasi. Selanjunya hasil destilasi ditampung dalam
labu erlenmeyer 125 ml yang telah berisi 25 ml asam borat 2% yang mengandung
18
indikator bromchresol green 0.1 dengan perbandingan 2:1. Proses destilasi
dilakukan dengan menambahkan 50 mL larutan NaOH-Na2S2O3 kedalam alat
destilasi hingga diperoleh 40 ml dan hasil destilat menunjukan warna hijau
kebiruan.
(c) Tahap titrasi
Titrasi dilakukan dengan menggunakan HCl 0.1 N sampai warna larutan
dalam labu erlenmeyer berubah menjadi merah muda. Kadar protein ditentukan
dengan rumus:
Kadar protein (%)
Analisis Kadar Karbohidrat (AOAC 1995)
Analisis kadar pati berdasarkan metode Luff Schrool (AOAC 1995).
Glukosa hasil hidrolisis pati akan mereduksi larutan luff, CuO2 dalam luff
direduksi menjadi CuO2 yang berwarna merah bata. Kelebihan atau sisa Cu2O
dititrasi secara iodometri. Larutan luff schrool dibuat dengan cara melarutkan
CuSO45H2O sebanyak 25 g kedalam 50 mL air suling, 50 g asam sitrat dilarutkan
dalam 50 ml air suling dan 388 g Na2CO210H2O dilarutkan ke dalam 400 ml air
suling. Larutan asam sitrat ditambahkan sedikit demi sedikit pada larutan soda.
Selanjutnya campuran ditambahkan larutan terusi dan diencerkan hingga 100 ml
ke dalam labu ukur kemudian masukkan 2 g sampel kering dan ditambahkan
200 ml HCl 3% serta batu didih. Selanjutnya labu erlenmeyer dipasang pada
pendingin tegak dan dihidrolisis selama 3 jam. Larutan kemudian didinginkan
dan dinetralkan dengan NaOH dan indikator fenolftalin. Larutan dimasukkan
kedalam labu ukur 500 ml, ditambahkan dengan air suling sampai pada tanda tera
kemudian disaring. Larutan sebanyak 10 ml dipipet kedalam labu erlenmeyer
250 ml dan ditambahkan larutan luff 25 ml serta 15 ml air suling, sedangkan
untuk pembuatan blanko dibuat larutan tanpa menambahkan sampel selanjutnya
dianalisis. Larutan yang ada dalam labu erlenmeyer dipasang pada pendingin
balik dan dididihkan selama 10 menit setelah itu larutan tersebut langsung
didinginkan pada air aquadest yang mengalir. Selanjutnya tambahkan larutan
KI 30% dan 25 mL H2SO4 25% kedalam larutan yang telah didinginkan. Proses
selanjutnya larutan dititrasi sampai reaksi terhenti kemudian dititrasi lagi dengan
larutan Na2S2O3 sampai larutan berwarna biru muda. Kadar karbohidrat dapat
dihitung berdasarkan rumus:
Keterangan:
G = glukosa setara dengan ml Na2S2O3 yang dipergunakan untuk titrasi (mg)
setelah gula diperhitungkan
P = pengenceran
g = bobot sampel (mg)
19
Analisis Kadar Serat Kasar (AOAC 1995)
Sampel sebanyak 5 g dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer 500 ml dan
ditambahkan 100 ml H2SO4 0.325 N dan dididihkan selama 30 menit. Larutan
ditambah lagi dengan larutan NaOH 1.25 N sebanyak 50 ml dan didihkan kembali
selama 30 menit. Larutan dalam keadaan panas disaring dengan kertas Whatman
40 setelah diketahui bobot keringnya. Kertas saring yang digunakan dicuci
berturut-turut dengan air panas dengan air panas, 25 ml H2SO4 dan etanol 95%.
Kertas saring beserta sampel kemudian dikeringkan di dalam oven dengan suhu
100 oC hingga bobotnya konstan. Kertas saring yang telah kering kemudian
didinginkan di dalam desikator dan ditimbang beratnya. Kadar serat kasar
dihitung menggunakan rumus:
Analisis Kadar NDF (Van Soest 1963)
Sampel dimasukan kedalam gelas piala 500 ml, kemudian ditambahkan
500 mL larutan NDS. Larutan NDS terdiri atas aquadest 1 liter, Natrium sulfat
30 g, EDTA 18.81 g, Natrium borat 10 H2O 6.81 g, di-Na-HPO4 anhidrat 4.5 g,
dan 2-etoksi etanol murni 10 ml. Selanjutnya sampel disaring menggunakan
pompa vakum dan dimasukkan ke dalam filter glass. Sampel yang berada dalam
filter glass ditimbang masing-masing sebagai (a) dan (b). Sampel (a) dan (b)
dikeringkan menggunakan oven pada suhu 105 oC selama 1 jam, didinginkan
dengan desikator dan ditimbang sebagai (c). Kadar NDF dihitung dengan rumus:
Keterangan:
a = bobot sampel (g)
b = bobot filter glass (g)
c = bobot filter glass dan sampel setelah dioven
Kadar ADF dan Hemiselulosa (Van Soest 1963)
Sampel dimasukan ke dalam gelas piala 500 ml, kemudian ditambahkan
50 mL larutan ADS. Larutan ADS terdiri atas H2SO4, Cethyle Trimethyl
Ammonium Bromidel (CTAB). Selanjutnya sampel dipanaskan selama 1 jam
di atas penangas listrik. Sampel yang telah dipanaskan kemudian dicuci dengan
aseton dan air panas kemudian disaring menggunakan pompa vakum dan
dimasukan ke dalam filter glass. Sampel yang telah disaring kemudian dicuci
dengan aseton dan air panas. Sampel yang berada dalam filter glass ditimbang
masing-masing sebagai (a) dan (b). Sampel (a) dan (b) dikeringkan menggunakan
oven pada suhu 105 oC selama 30 menit dan didinginkan dengan desikator dan
ditimbang sebagai (c). Kadar ADF dihitung dengan rumus:
20
Kadar Selulosa (Van Soest 1963)
Residu ADF sebagai (c) yang berada di dalam filter glass diletakkan di atas
nampan yang berisi air setinggi 1 cm, kemudian ditambahkan H2SO4 72% setinggi
¾ bagian filter glass dan didiamkan selama 3 jam. Setelah didiamkan kemudian
diaduk perlahan-lahan. Sampel yang telah diaduk selanjutnya dicuci dengan
aseton dan air panas kemudian disaring menggunakan pompa vakum dan
dimasukan ke dalam filter glass. Sampel yang telah disaring kemudian dicuci
dengan aseton dan air panas kemudian dikeringkan menggunakan oven pada
suhu 105 oC selama 3 jam dan didinginkan dengan desikator selama 1 jam dan
ditimbang sebagai (d). Kadar selulosa dihitung dengan rumus:
Keterangan:
a = bobot sampel (g)
c = bobot filter glass dan residu ADF awal (g)
d = bobot filter glass dan residu ADF setelah dioven (g)
Analisis Kadar Lignin (AOAC 1984)
Sampel sebanyak 1 g dimasukan ke dalam labu erlenmeyer 250 ml,
kemudian ditambahkan 20 ml H2SO4 dan didiamkan selama 2 jam. Setelah
didiamkan kemudian diaduk perlahan-lahan. Selanjutnya sampel yang telah
diaduk ditambahkan 250 ml aquadest dan dipanaskan lagi dalam waterbath pada
suhu 100 oC selama 3 jam. Sampel yang telah dipanaskan kemudian disaring
dengan corong dan kertas whatman 40 yang telah diketahui bobotnya sebagai (a).
Labu erlenmeyer dan corong dibilas dengan aquadest sebanyak 3 kali sedangkan
kertas saring beserta residu dimasukan kedalam oven pada suhu 105 oC selama
2 jam sampai bobotnya konstan. Kemudian kertas saring tersebut didinginkan
dalam desikator dan ditimbang sebagai (b). Selanjutnya kertas saring beserta
residu diabukan dengan muffle furnace pada suhu 600 oC selama 4 jam sampai
bobotnya konstan kemudian sampel tersebut didinginkan dalam desikator dan
timbang sebagai (c).
Keterangan:
a = bobot kertas saring (g)
b = bobot kertas saring dan residu setelah dioven (g)
c = bobot abu (g)
21
Hasil dan Pembahasan
Pengeringan bahan baku bertujuan untuk memperpanjang daya simpan
limbah karagenan agar tidak mudah rusak selama penyimpanan. Morfologi
limbah karagenan K. alvarezii Dotty yang diperoleh dari CV Agar-agar Sari jaya
Malang dapat dilihat pada Gambar 1.
A
B
Gambar 1 Morfologi limbah karagenan K. alvarezii Dotty. (A) limbah karagenan
sebelum proses pengeringan dan (B) limbah karagenan setelah proses
pengeringan, penggilingan, dan pengayakan
Analisis proksimat dan uji serat kasar bertujuan mengetahui kandungan air,
abu, lemak, protein, dan karbohidrat, serta serat kasar yang terdiri atas
hemiselulosa, selulosa, dan lignin pada limbah karagenan K. alvarezii Dotty.
Komposisi kimia yang terdapat pada limbah karagenan K. alvarezii Dotty berupa
air, abu, protein, karbohidrat dan serat kasar (Tabel 1). Limbah karagenan
K. alvarezii Dotty mengandung karbohidrat dan serat kasar masing-masing
sebesar 11.36% dan 11.64%. Serat kasar terdiri atas hemiselulosa, selulosa dan
lignin masing-masing sebesar 12.86%, selulosa dan lignin tidak terdeteksi.
Kumar et al. (2013) melaporkan bahwa limbah agar dari G. verrucosa
mengandung komponen hemiselulosa dan selulosa masing-masing sebesar 5%
dan 10%. Kandungan hemiselulosa pada limbah karagenan K. alvarezii Dotty
lebih besar daripada limbah agar G. verrucosa. Komponen tersebut dapat
dihidrolisis dan difermentasi menjadi bioetanol.
Tabel 1 Komposisi Kimia Limbah Karagenan K. alvarezii Dotty
Komposisi Kimia
Nilai
Kadar air (%)
3.66±0.04
Kadar abu (%)
36.84±2.67
Kadar lemak (%)
0
Kadar protein (%)
1.78±0.2
Kadar karbohidrat (%)
11.36±1.63
Kadar serat kasar (%)
11.64±0.10
a Hemiselulosa (%)
12.86±0.06
b Selulosa (%)
0
c Lignin (%)
0
22
Kadar Air
Kandungan kadar air pada limbah karagenan K. alvarezii Dotty pada
penelitian ini sebesar 3.66%. Pengeringan bahan baku penelitian ini bertujuan
memperpanjang daya simpan sampel agar dalam proses hidrolisis berjalan secara
optimal dan tidak mudah rusak selama penyimpanan sehingga tidak mengganggu
dalam proses fermentasi dalam menghasilkan bioetanol.
Kadar Abu
Kadar abu limbah karagenan K. alvarezii Dotty sebesar 36.84%.
Rajasulochana et al. (2010) menyatakan bahwa rumput laut K. alvarezii memiliki
kadar abu sebesar 21.1 sampai 39.3% dan kadar sulfat sebesar 1.3 sampai 5.9%,
hal ini mengindikasikan bahwa kadar abu pada rumput laut mengandung jumlah
mineral yang tinggi, yang terdiri atas makro mineral sebesar 8.083 sampai
17.875 mg/100g, Na, K, Ca, Mg) dan trace elements sebesar 5.1 sampai
15.2 mg/100g, Fe, Zn, Cu, Mb).
Kadar Protein
Kadar protein limbah karagenan K. alvarezii Dotty tergolong rendah,
sebesar 1.78%. Hasil penelitian Setyaningsih et al. (2012) menyatakan bahwa
kadar protein pada rumput laut K. alvarezii sebesar 5.02%. Kadar protein yang
dihasilkan pada penelitian ini lebih kecil dibanding kadar protein bahan baku
K. alvarezii segar. Hal ini diduga terjadi hidrolisis protein yang larut air pada saat
proses pengolahan rumput laut menjadi karagenan sehingga menurunkan
kandungan proteinnya.
Kadar Karbohidrat
Limbah karagenan K. alvarezii Dotty mengandung karbohidrat
sebesar 11.36%. Karbohidrat serta komponen serat kasar merupakan polimer
yang dapat dimanfaatkan untuk produksi bioetanol melalui proses fermentasi.
Kandungan karbohidrat pada limbah karagenan K. alvarezii Dotty pada penelitian
ini lebih rendah, bila dibandingkan dengan bahan baku sebesar 78.3%
(Meinita et al. 2012a).
Rendahnya karbohidrat pada limbah karagenan
K. alvarezii Dotty karena sebagian kandungan karbohidrat sebagian besar telah
terekstraksi pada proses pengolahan karagenan.
Kadar Serat Kasar
Kadar serat kasar limbah karagenan K. alvarezii Dotty yang diperoleh
sebesar 11.64% dan kadar hemiselulosa sebesar 12.86%. Komponen kandungan
pada serat kasar pada limbah karagenan masih lebih tinggi bila dibandingkan pada
limbah agar G. verrucosa yang mengandung komponen hemiselulosa dan selulosa
masing-masing sebesar 5% dan 10% (Kumar et al. 2013).
Simpulan
Kandungan karbohidrat dan serat kasar yang diperoleh dari limbah
karagenan K. alvarezii Dotty masing-masing sebesar 11.36% dan 11.64%.
Serat kasar yang terdiri atas hemiselulosa (12.86%), selulosa dan lignin tidak
terdeteksi. Hal ini mengindikasikan bahwa limbah karagenan memiliki potensi
untuk diproses menjadi bioetanol.
23
3 OPTIMASI PROSES HIDROLISIS LIMBAH KARAGENAN
K. alvarezii Dotty PENGHASIL BIOETANOL
Latar Belakang
Hidrolisis merupakan reaksi pengikatan gugus hidroksil/OH oleh suatu
senyawa dan gugus OH dapat diperoleh dari senyawa air (Kim et al. 2011).
Proses hidrolisis atau sakarifikasi dilakukan untuk memecah senyawa polisakarida
menjadi monosakarida dengan tujuan menguraikan polisakarida menjadi molekul
atau struktur yang lebih sederhana melalui proses pemecahan kimiawi yang
selanjutnya dapat difermentasi menjadi bioetanol (Meinita et al. 2012a).
Proses hidrolisis dapat dilakukan dengan metode kimia dan enzimatik.
Perbedaan mendasar antara katalis asam dan enzim yaitu dalam hal spesifikasi
pemutusan rantai polisakarida, dimana enzim bersifat spesifik dalam proses
konversi dan menghasilkan gula yang lebih seragam, sedangkan asam bekerja
secara acak dan gula yang dihasilkan sebagian besar gula pereduksi
(Meinita et al. 2012b).
Asam sulfat merupakan asam yang paling banyak diteliti dan dimanfaatkan
untuk hidrolisis asam. Meinita et al. (2012b) melaporkan bahwa proses hidrolisis
dengan bahan baku K. alvarezii menggunakan H2SO4 dan HCl 0.2M
menghasilkan gula pereduksi, galaktosa, dan glukosa yang lebih tinggi
dibandingkan hidrolisis dengan HCl.
Faktor yang mempengaruhi proses hidrolisis asam adalah konsentrasi asam
dan waktu hidrolisis. Konsentrasi H2SO4 dan lama hidrolisis yang terbaik
ditunjukkan dengan tingginya kadar gula pereduksi yang dihasilkan.
Jeong et al. (2011; 2012); Meinita et al. (2012a) menyatakan bahwa titik optimum
proses hidrolisis terjadi ketika adanya kesetimbangan rasio antara ion H+ pada
asam dan ion OH- pada air untuk memecah pati dan membentuk glukosa.
Penurunan kadar gula pereduksi pada pemberian konsentrasi asam yang tinggi
disebabkan oleh jumlah ion OH - dari air semakin sedikit.
Asam sulfat biasanya digunakan pada bahan terlarut dengan konsentrasi
tidak melebihi 10% dan yang umum digunakan tidak lebih dari 5%. Peningkatan
konsentrasi H2SO4 dan waktu hidrolisis yang semakin lama diduga dapat
menyebabkan terjadinya degradasi komponen gula dan juga dapat terbentuk
senyawa inhibitor yang tidak diinginkan seperti Hydroxy Methyl Furfural (HMF)
dan asam levulinat (Meinita et al. 2012a; 2012b; Jeong et al. 2011). Proses
pemanasan yang dilakukan pada hidrolisis asam menggunakan waktu tidak lebih
dari 90 menit. Meinita et al. (2012a) menyatakan bahwa peningkatan waktu
hidrolisis lebih dari 15 menit dapat menyebabkan penurunan kadar gula
pereduksi, galaktosa, dan etanol. Lebih lanjut Meinita et al. (2012b) menyatakan
bahwa suhu yang biasa digunakan untuk proses hidrolisis tidak melebihi 220 oC
dan yang sering diterapkan tidak lebih 210 oC. Pembentukan asam levulinat pada
hidrolisis asam selama 15 menit lebih rendah dibandingkan dengan hidrolisis
selama 90 menit. Reaksi hidrolisis menggunakan H2SO4 dapat dilihat pada
Gambar 2.
24
Gambar 2 Reaksi hidrolisis menggunakan H2SO4 (Kim et al. 2010)
Gambar 2 Reaksi hidrolisis menggunakan H2SO4 (Kim et al. 2010)
Polisakarida pada rumput laut K. alvarezii Dotty dapat dihidrolisis
menggunakan H2SO4 dengan konsentrasi yang rendah (Meinita et al. 2012a;
Jeong et al. 2011; 2012). Metode hidrolisis, lama hidrolisis, dan lama fermentasi,
serta bahan baku yang digunakan bersifat spesifik sehingga perlu dilakukan
penelitian lebih lanjut. Penelitian ini bertujuan mendapatkan konsentrasi H2SO4,
dan lama hidrolisis optimum untuk menghasilkan gula pereduksi dari limbah
karagenan K. alvarezii Dotty.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan menentukan konsentrasi asam sulfat dan lama
hidrolisis yang optimal terhadap peningkatan kadar gula pereduksi.
Metode Penelitian
Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam proses hidrolisis asam terdiri atas H2SO4,
NaOH, indikator fenolftalin, air suling, dan larutan 3.5-Dinitrosalicylic acid
(DNS), Na-K Tatrat, Na-Metabisulfit, dan HCI.
Alat Penelitian
Alat yang digunakan pada proses hidrolisis yaitu autoclaf Hirayama HV50,
oven Eyela NDO-400, botol jar, kertas Whatman 40, pompa vakum, pH universal,
tabung ulir, penangas, ThermoSpektronic Visible Genesis 20, desikator,
timbangan analitik precisa XB 220A, dan HPLC (High Performance Liquid
Chromatography) Waters 1525EF Binary HPLC Pump dengan spesifikasi sebagai
berikut:
Fase gerak
: H2SO4 0.008 N
Kolom
: Aminex® HPX-87H, 300 mm x 7.8 mm
Detektor
: Reactive index
Kecepatan aliran
: 1 mL/min
Volume injeksi
: 20 µL
Suhu kolom
: 35 oC
25
Lokasi Penelitian dan Waktu Penelitian
Penelitian dilaksanakan bulan Februari sampai dengan Maret 2013
di Laboratorium Bioenergi, Pusat Penelitian Surfaktan dan Bioenergi, Lembaga
Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat, Institut Pertanian Bogor,
Laboratorium Pusat Antar Universitas Institut Pertanian Bogor, Laboratorium
Pengkajian Bioteknologi Serpong Tangerang dan Laboratorium Badan Pengkajian
Penerapan Teknologi Serpong Tangerang.
Prosedur Penelitian
Hidrolisis dilakukan dengan menggunakan autoclaf pada suhu 121 oC,
tekanan 1.5 bar dengan perlakuan lama hidrolisis (15, 30, dan 45 menit) dan
konsentrasi H2SO4 (0%, 1%, 2%, dan 3%). Substrat limbah karagenan yang
digunakan adalah 10% (b/v). Selanjutnya dinetralkan dengan menggunakan
NaOH 10%. Analisis gula pereduksi dilakukan dengan mencampurkan sebanyak
1 mL hidrolisat dengan 3 mL larutan DNS dan dididihkan selama 5 menit
(Miller (1959). Perubahan larutan yang nampak pada hidrolisat selanjutnya
diukur dengan menggunakan spektrofotometer ThermoSpektronic Visible
Genesis 20 pada panjang gelombang 550 nm. Karakterisasi monosakarida
menggunakan HPLC Waters 1525EF Binary HPLC Pump dengan spesifikasi
sebagai berikut:
Fase gerak
: H2SO4 0.008 N
Kolom
: Aminex® HPX-87H, 300 mm x 7.8 mm
Detektor
: Reactive index
Kecepatan aliran
: 1 ml/min
Volume injeksi
: 20 µl
Suhu kolom
: 35 oC
Analisis Data
Hasil dinyatakan sebagai nilai rata-rata ± standar deviasi. Percobaan
dilakukan menggunakan rancangan acak lengkap faktorial dengan dua faktor
perlakuan konsentrasi asam dan waktu hidrolisis. Pengaruh perlakuan terhadap
faktor respon dianalisis menggunakan analisis ragam. Perlakuan yang
memberikan pengaruh nyata (p