13 Gambar 2.4 Efek Pretreatment Bahan Lignoselulosa [7]
Idealnya, metode pendahuluan biomassa lignoselulosa harus 1meningkatkan akses area permukaan dan dekristalisasi selulosa, 2depolimerisasi parsial selulosa, 3melarutkan
hemiselulosa danatau lignin, 4memodifikasi struktur lignin, 5memaksimalkan pencernaan enzimatik bahan pendahuluan, 6minimalisasi kehilangan gula, 7minimalisasi modal dan
biaya operasi [10]. Perlakuan pendahuluan dapat dilakukan secara fisika, fisiko-kimia, kimia, biologis,
maupun kombinasi dari cara –cara tersebut : 1.
Perlakuan pendahuluan secara fisika antara lain berupa pencacahan secara mekanik, penggilingan, dan penepungan untuk memperkecil ukuran bahan dan mengurangi
kristalinitas selulosa 2.
Perlakuan pendahuluan secara fisikokimia antara lain steam explosion, ammonia fiber explosion
AFEX, dan CO
2
explosion. Pada metode ini, partikel biomassa dipaparkan pada suhu dan tekanan tinggi, kemudian tekanannya diturunkan secara cepat sehingga
bahan mengalami dekompresi eksplosif 3.
Perlakuan pendahuluan secara kimia,diantaranya ozonolisis, hidrolisis asam, hidrolsis alkali, delignifikasi oksidatif, proses organosolv.
4. Perlakuan secara biologis. Pada metode ini, digunakaan mikroorganisme jamur
pelapuk coklat, jamur pelapuk putih, dan jamur pelunak untuk mendegradasi lignin dan hemiselulosa yang berada dalam bahan lignoselulosa. Diantara ketiga jamur
14 tersebut, yang paling efektif untuk perlakuan pendahuluan pada bahanlignoselulosa
adalah jamur pelapuk putih white-rot fungi [23]. Penggunaan metode pretreatment secara mekanis seperti penggilingan dapat
meningkatkan terhidrolisisnya lignoselulosa sebesar 5 - 25. Pretreatment secara kimiawi pada umumnya menggunakan asam, basa atau pelarut organik. Tujuan utama dari
pretreatment secara kimiawi adalah untuk menghilangkan lignin dari serat komplek lignoselulosa pada dinding sel tanaman dan untuk memisahkan serat dari bagian tengah
lapisan tipis tanpa menyebabkan kerusakan mekanis pada dinding sel tanaman. Basa yang sering digunakan untuk pretreatment secara kimiawi adalah NaOH dan CaOH
2
[50]. Sebuah metode pendahuluan yang efisien harus menawarkan sebanyak mungkin gula
dengan minimum pembentukan inhibitor [12]. Lebih lanjut, harus dipahami bahwa pemilihan metode pendahuluan harus sesuai dengan metode hidrolisis. Sebagai contoh, jika digunakan
hidrolisis asam, metode pendahuluan dengan alkali mungkin tidak menguntungkan [44]. Dibandingkan dengan bahan lignoselulosa lain yang banyak tersedia sebagai hasil
samping industri pertanian dan perkebunan, misalnya jerami padi dan tandan kosong kelapa sawit, Ampas tebu memiliki kelebihan, terutama dalam hal bentuk dan ukuran bahan. Ampas
tebu dari pabrik gula sudah merupakan hasil partikel kecil yang tidak lagi memerlukan proses perlakuan pendahuluan secara berupa pencacahan atau penggilingan untuk memperkecil
ukuran bahan. Ampas tebu dapat langsung diberi perlakuan pendahuluan lanjutan untuk mendegradasi lignin dalam bahan [23].
2.4.2 Proses Hidrolisis
Metode yang dapat digunakan untuk mendegradasi komponen penyusun biomassa adalah proses hidrolisis. Sejauh ini telah dikenal beberapa jenis proses hidrolisis, antara lain
hidrolisis dengan enzim, hidrolisis ozon, hidrolisis dengan menggunakan asam, hidrolisis dengan menggunakan basa, serta hidrolisis termal [26].
Pada hidrolisis termal digunakan medium pemanas berupa air. Dengan penggunaan medium air tadi maka korosi terhadap perangkat hidrolisis lebih dapat diminimalisasi
dibandingkan dengan penggunaan asam. Jenis hidrolisis ini juga hanya sedikit menghasilkan produk samping yang tidak diinginkan serta limbah yang dihasilkan bersifat ramah
lingkungan. Keunggulan dari hidrolisis termal dibandingkan dengan jenis hidrolisis lain adalah proses hidrolisis dengan perlakuan panas tidak memerlukan tahap lebih lanjut seperti
tahap pemurnian, tidak perlu dilakukan penyesuaian pH, maupun penggunaan katalis. Alasan itulah yang mendukung penggunaan hidrolisis termal dalam upaya produksi bioetanol [26].
15 Untuk temperatur dibawah 100
o
C, tidak ada pengaruh hidrolitik pada material, dimana diatas 220
o
C terjadi degradasi selulosa. Diantara 240-250
o
C, reaksi pirolisis menjadi penting [8].
Disisi lain, hidrolisis enzimatik memiliki masalah dibandingkan hidrolisis asam. Dibutuhkan waktu beberapa hari untuk hidrolisis enzimatik dimana hanya beberapa menit
untuk hidrolisis asam. Harga enzim lebih mahal dibandingkan dengan asam sulfat yang digunakan dalam hidrolisis asam. Dalam hidrolisis asam, produk akhir tidak menggangu
hidrolisis. Akan tetapi, dalam reaksi enzimatis, pembebasan gula dapat menghambat reaksi hidrolisis [44]. Selama hidrolisis tidak hanya gula yang terbentuk, tetapi juga inhibitor.
Contohnya : furfural, 5-hidroksimetil furfural HMF, asam karboksilat, dan senyawa fenol [31].
2.4.3 Fermentasi
Pada proses ini, gula-gula sederhana yang terbentuk difermentasi menjadi etanol dengan bantuan khamir seperti Saccharomyces cerevisiae. Fermentasi biasanya dilakukan
pada suhu 30
o
C, pH 5, dan sedikit anaerobik. Pada proses fermentasi glukosa, satu molekul glukosa menghasilkan dua molekul etanol dan dua molekul karbon dioksida CO
2
[23]. C
6
H
12
O
6
2 C
2
H
5
OH + 2 CO
2
Proses hidrolisis dan fermentasi ini akan sangat efisien dan efektif jika dilaksanakan secara berkelanjutan tanpa melalui tenggang waktu yang lama, hal ini yang sering dikenal
dengan istilah Simultaneous Sacharificatian dan Fermentation SSF. SSF pertama kali dikenalkan oleh Takagi et al, 1977, yaitu kombinasi antara hidrolisis menggunakan enzim
selulase dan yeast S. cerevisiae untuk fermentasi gula menjadi etanol secara simultan. Proses SSF sebenarnya hampir sama dengan dengan proses yang terpisah antara hidrolisis dengan
enzim dan proses fermentasi, hanya dalam proses SSF hidrolisis dan fermentasi dilakukan dalam satu reaktor [39].
Keuntungan dari proses ini adalah polisakarida yang terkonversi menjadi monosakarida tidak kembali menjadi poliskarida karena monosakarida langsung difermentasi
menjadi etanol. Selain itu dengan menggunakan satu reaktor dalam prosesnya akan mengurangi biaya peralatan yang digunakan [39].
Perbedaaan antara proses SHF dan SFF adalah proses Separate-Hydrolysis- Fermentation SHF merupakan proses pembuatan etanol dimana tahap hidrolisis dan tahap
fermentasi berlangsung terpisah. Hal ini dimaksudkan untuk memudahkan pengontrolan terhadap tiap tahap, agar tercapai hasil yang diinginkan [49].
