Produksi bioetanol melalui detoksifikasi substrat hidrolisat ampas tebu dan adaptasi sel candida tropicalis
PRODUKSI BIOETANOL MELALUI DETOKSIFIKASI
SUBSTRAT HIDROLISAT AMPAS TEBU DAN
ADAPTASI SEL Candida tropicalis
SITI NUR’AENI
DEPARTEMEN BIOKIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Produksi Bioetanol
Melalui Detoksifikasi Substrat Hidrolisat Ampas Tebu dan Adaptasi Sel Candida
tropicalis adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan
belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Juni 2014
Siti Nur’aeni
NIM G84100067
ABSTRAK
SITI NUR’AENI. Produksi Bioetanol Melalui Detoksifikasi Substrat Hidrolisat
Ampas Tebu dan Adaptasi Sel Candida tropicalis. Dibimbing oleh LAKSMI
AMBARSARI dan SURYANI.
Ampas tebu merupakan limbah pertanian yang kaya akan lignoselulosa.
Limbah tersebut dapat dikonversi oleh khamir menjadi bioetanol. Penelitian ini
bertujuan memproduksi bioetanol melalui detoksifikasi substrat hidrolisat ampas
tebu dan adaptasi sel Candida tropicalis. Perlakuan pada penelitian ini meliputi
adaptasi-detoksifikasi, adaptasi-non detoksifikasi, dan non adaptasi-detoksifikasi.
Parameter yang diukur meliputi optical density (OD), kadar gula pereduksi, dan
kadar bioetanol. Produksi bioetanol terbaik diperoleh dari perlakuan adaptasi dan
detoksifikasi pada jam ke-72 tanpa penambahan ko-substrat dengan kadar
bioetanol sebesar 0.427%, rendemen bioetanol sebesar 2.509%, dan rendemen
teoritis sebesar 4.921%. Penambahan 3% glukosa sebagai ko-substrat tidak
meningkatkan produksi bioetanol, tetapi berperan untuk meningkatkan biomassa
sel.
Kata kunci: detoksifikasi substrat hidrolisat ampas tebu, adaptasi sel Candida
tropicalis, bioetanol, ko-substrat
ABSTRACT
SITI NUR’AENI. Bioethanol Production Without Detoxification Substrate of
Sugarcane Bagasse Hydrolysate and Adaptation Cell Candida tropicalis.
Supervised by LAKSMI AMBARSARI and SURYANI.
Sugarcane baggase is the agricultural waste that contains abundant amount
of lignocelluloses. This waste could be converted to produce bioethanol. The aim
of this research is to produce bioethanol without detoxification substrate of
sugarcane bagasse and adaptation cell Candida tropicalis. The treatment of this
research were detoxification-adaptation, detoxification-non adaptation, and non
detoxification-adaptation. Parameter of this research were optical density (OD),
reduction sugar concentration, and bioethanol concentration. The good bioethanol
production was gated from detoxification and adaptation treatment at incubation
time 72 hours not addited co-substrate with bioethanol concentration be 0.427%,
bioethanol yield 2.509%, and theoretical yield 4.921%. The adding of 3% glucose
as co-substrate could not increase bioethanol production, but it has role to increase
the cell biomass.
Keywords: detoxification substrate of sugarcane bagasse hydrolysate, adaptation
cell Candida tropicalis, bioethanol, co-substrate
PRODUKSI BIOETANOL MELALUI DETOKSIFIKASI
SUBSTRAT HIDROLISAT AMPAS TEBU DAN
ADAPTASI SEL Candida tropicalis
SITI NUR’AENI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Biokimia
DEPARTEMEN BIOKIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Skripsi : Produksi Bioetanol Melalui Detoksifikasi Substrat Hidrolisat
Ampas Tebu dan Adaptasi Sel Candida tropicalis
Nama
: Siti Nur’aeni
NIM
: G84100067
Disetujui oleh
Dr Laksmi Ambarsari, MS
Pembimbing I
Dr Suryani, SP M.Sc
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr Ir I Made Artika, M. App. Sc
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Januari hingga Mei 2014
ini ialah bioetanol, dengan judul Produksi Bioetanol Melalui Detoksifikasi
Substrat Hidrolisat Ampas Tebu dan Adaptasi Sel Candida tropicalis.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr Laksmi Ambarsari MS dan Dr
Suryani, S.P, MSc selaku pembimbing, serta Puspa Julistia Puspita, MSc yang
telah banyak memberi saran selama pelaksanaan penelitian. Ungkapan terima
kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, serta seluruh keluarga, atas segala do’a
dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Juni 2014
Siti Nur’aeni
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
viii
DAFTAR GAMBAR
viii
DAFTAR LAMPIRAN
viii
PENDAHULUAN
1
METODE
2
Bahan dan Alat
2
Prosedur Analisis Data
2
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Pembahasan
SIMPULAN DAN SARAN
5
5
10
18
Simpulan
18
Saran
18
DAFTAR PUSTAKA
18
LAMPIRAN
22
RIWAYAT HIDUP
29
DAFTAR TABEL
1 Rendemen bioetanol perlakuan adaptasi dan detoksifikasi, adaptasi dan non
detoksifikasi, serta non adaptasi dan detoksifikasi
9
2 Rendemen bioetanol dengan penambahan ko-substrat perlakuan adaptasi dan
detoksifikasi
10
DAFTAR GAMBAR
1 C. tropicalis untuk stok (a) dan (b) C. tropicalis siap digunakan
2 Hidrolisat ampas tebu sebelum perlakuan dengan nilai pH 0.7 (a),
hidrolisat ampas tebu setelah penambahan Ca(OH)2 dengan nilai pH 2
(b), hidrolisat ampas tebu setelah penambahan Ca(OH)2, 2% arang aktif,
dan NaOH dengan nilai pH 5 (c), dan (d) hidrolisat ampas tebu setelah
penambahan NaOH dengan nilai pH 5.
3 Hasil adaptasi C. tropicalis perlakuan adaptasi dan detoksifikasi (a) dan
adaptasi dan non detoksifikasi (b)
4 Hasil kurva pertumbuhan, produksi bioetanol, dan gula pereduksi
perlakuan adaptasi dan detoksifikasi (a), adaptasi dan non detoksifikasi
(b), serta (c) non adaptasi dan detoksifikasi
5 Hasil produksi bioetanol dengan penambahan ko-substrat
6 Reaksi-reaksi detoksifikasi dengan penambahan Ca(OH)2
7 Reaksi-reaksi pengendapan senyawa-senyawa toksik oleh NaOH
8 Tahap akhir fermentasi etanol
9 Reaksi fermentasi etanol oleh mikroba
10 Reaksi gula pereduksi dengan DNS
11 Reaksi pembentukan biomassa sel
12 Metabolisme pentosa dan heksosa menjadi etanol
5
6
7
9
10
12
12
13
14
15
16
17
DAFTAR LAMPIRAN
1 Diagram alir penelitian
2 Kurva pertumbuhan Candida tropicalis pada media hidrolisat ampas
tebu
3 Kurva pertumbuhan Candida tropicalis pada media hidrolisat ampas
tebu +3% glukosa
4 Hasil produksi bioetanol oleh C. tropicalis
5 Hasil produksi bioetanol oleh C. tropicalis pada media hidrolisat ampas
tebu +3% glukosa
6 Rendemen bioetanol perlakuan adaptasi dan detoksifikasi, adaptasi dan
non detoksifikasi, serta non adaptasi dan detoksifikasi
7 Rendemen bioetanol pada media +3% glukosa
8 Absorbansi dan gula reduksi pada media adaptasi
9 Kurva standar etanol
10 Kurva standar glukosa
22
23
23
23
23
24
24
24
25
25
11 Kurva standar glukosa analisis gula pereduksi
12 Dokumentasi analisis gula pereduksi
13 Peak HPLC
25
26
26
PENDAHULUAN
Indonesia merupakan negara agraris yang mempunyai hasil pertanian
melimpah. Salah satu hasil pertanian tersebut adalah tanaman tebu. Luas areal
tanam tebu di Indonesia mencapai 344 ribu ha dengan kontribusi utama adalah di
Jawa Timur (43.29%), Jawa Tengah (10.07%), Jawa Barat (5.87%), dan Lampung
(25.71%). Ampas tebu dihasilkan dari berat tebu giling sebesar 32%, namun
hanya 60% ampas tebu yang baru termanfaatkan (Badan Penelitian dan
Pengembangan Pertanian 2007).
Ampas tebu mengandung selulosa sebesar 50%, hemiselulosa sebesar 25%,
dan lignin sebesar 25% (Pandey et al. 2000). Menurut (Samsuri et al. 2007)
kandungan lignoselulosa ampas tebu sekitar 52.7% selulosa, 20% hemiselulosa,
dan 24.2% lignin. Pemanfaatan lignoselulosa sebagai substrat dilakukan dengan
perlakuan awal berupa pemecahan lignoselulosa menjadi gula yang lebih
sederhana. Perlakuan awal secara mekanik dan kimiawi menggunakan suhu 800C
selama 1 jam dan NaOH 4%(b/v) menghasilkan kadar selulosa tertinggi 71.29%,
lignin terendah 8.36%, dan gula pereduksi 5.537 g/L (Yuwono et al. 2012).
Perlakuan awal secara kimiawi menghasilkan senyawa-senyawa hasil samping
berupa asam asetat 3 g/L, furfural
SUBSTRAT HIDROLISAT AMPAS TEBU DAN
ADAPTASI SEL Candida tropicalis
SITI NUR’AENI
DEPARTEMEN BIOKIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Produksi Bioetanol
Melalui Detoksifikasi Substrat Hidrolisat Ampas Tebu dan Adaptasi Sel Candida
tropicalis adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan
belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Juni 2014
Siti Nur’aeni
NIM G84100067
ABSTRAK
SITI NUR’AENI. Produksi Bioetanol Melalui Detoksifikasi Substrat Hidrolisat
Ampas Tebu dan Adaptasi Sel Candida tropicalis. Dibimbing oleh LAKSMI
AMBARSARI dan SURYANI.
Ampas tebu merupakan limbah pertanian yang kaya akan lignoselulosa.
Limbah tersebut dapat dikonversi oleh khamir menjadi bioetanol. Penelitian ini
bertujuan memproduksi bioetanol melalui detoksifikasi substrat hidrolisat ampas
tebu dan adaptasi sel Candida tropicalis. Perlakuan pada penelitian ini meliputi
adaptasi-detoksifikasi, adaptasi-non detoksifikasi, dan non adaptasi-detoksifikasi.
Parameter yang diukur meliputi optical density (OD), kadar gula pereduksi, dan
kadar bioetanol. Produksi bioetanol terbaik diperoleh dari perlakuan adaptasi dan
detoksifikasi pada jam ke-72 tanpa penambahan ko-substrat dengan kadar
bioetanol sebesar 0.427%, rendemen bioetanol sebesar 2.509%, dan rendemen
teoritis sebesar 4.921%. Penambahan 3% glukosa sebagai ko-substrat tidak
meningkatkan produksi bioetanol, tetapi berperan untuk meningkatkan biomassa
sel.
Kata kunci: detoksifikasi substrat hidrolisat ampas tebu, adaptasi sel Candida
tropicalis, bioetanol, ko-substrat
ABSTRACT
SITI NUR’AENI. Bioethanol Production Without Detoxification Substrate of
Sugarcane Bagasse Hydrolysate and Adaptation Cell Candida tropicalis.
Supervised by LAKSMI AMBARSARI and SURYANI.
Sugarcane baggase is the agricultural waste that contains abundant amount
of lignocelluloses. This waste could be converted to produce bioethanol. The aim
of this research is to produce bioethanol without detoxification substrate of
sugarcane bagasse and adaptation cell Candida tropicalis. The treatment of this
research were detoxification-adaptation, detoxification-non adaptation, and non
detoxification-adaptation. Parameter of this research were optical density (OD),
reduction sugar concentration, and bioethanol concentration. The good bioethanol
production was gated from detoxification and adaptation treatment at incubation
time 72 hours not addited co-substrate with bioethanol concentration be 0.427%,
bioethanol yield 2.509%, and theoretical yield 4.921%. The adding of 3% glucose
as co-substrate could not increase bioethanol production, but it has role to increase
the cell biomass.
Keywords: detoxification substrate of sugarcane bagasse hydrolysate, adaptation
cell Candida tropicalis, bioethanol, co-substrate
PRODUKSI BIOETANOL MELALUI DETOKSIFIKASI
SUBSTRAT HIDROLISAT AMPAS TEBU DAN
ADAPTASI SEL Candida tropicalis
SITI NUR’AENI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Biokimia
DEPARTEMEN BIOKIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Skripsi : Produksi Bioetanol Melalui Detoksifikasi Substrat Hidrolisat
Ampas Tebu dan Adaptasi Sel Candida tropicalis
Nama
: Siti Nur’aeni
NIM
: G84100067
Disetujui oleh
Dr Laksmi Ambarsari, MS
Pembimbing I
Dr Suryani, SP M.Sc
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr Ir I Made Artika, M. App. Sc
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Januari hingga Mei 2014
ini ialah bioetanol, dengan judul Produksi Bioetanol Melalui Detoksifikasi
Substrat Hidrolisat Ampas Tebu dan Adaptasi Sel Candida tropicalis.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Dr Laksmi Ambarsari MS dan Dr
Suryani, S.P, MSc selaku pembimbing, serta Puspa Julistia Puspita, MSc yang
telah banyak memberi saran selama pelaksanaan penelitian. Ungkapan terima
kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, serta seluruh keluarga, atas segala do’a
dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Juni 2014
Siti Nur’aeni
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
viii
DAFTAR GAMBAR
viii
DAFTAR LAMPIRAN
viii
PENDAHULUAN
1
METODE
2
Bahan dan Alat
2
Prosedur Analisis Data
2
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Pembahasan
SIMPULAN DAN SARAN
5
5
10
18
Simpulan
18
Saran
18
DAFTAR PUSTAKA
18
LAMPIRAN
22
RIWAYAT HIDUP
29
DAFTAR TABEL
1 Rendemen bioetanol perlakuan adaptasi dan detoksifikasi, adaptasi dan non
detoksifikasi, serta non adaptasi dan detoksifikasi
9
2 Rendemen bioetanol dengan penambahan ko-substrat perlakuan adaptasi dan
detoksifikasi
10
DAFTAR GAMBAR
1 C. tropicalis untuk stok (a) dan (b) C. tropicalis siap digunakan
2 Hidrolisat ampas tebu sebelum perlakuan dengan nilai pH 0.7 (a),
hidrolisat ampas tebu setelah penambahan Ca(OH)2 dengan nilai pH 2
(b), hidrolisat ampas tebu setelah penambahan Ca(OH)2, 2% arang aktif,
dan NaOH dengan nilai pH 5 (c), dan (d) hidrolisat ampas tebu setelah
penambahan NaOH dengan nilai pH 5.
3 Hasil adaptasi C. tropicalis perlakuan adaptasi dan detoksifikasi (a) dan
adaptasi dan non detoksifikasi (b)
4 Hasil kurva pertumbuhan, produksi bioetanol, dan gula pereduksi
perlakuan adaptasi dan detoksifikasi (a), adaptasi dan non detoksifikasi
(b), serta (c) non adaptasi dan detoksifikasi
5 Hasil produksi bioetanol dengan penambahan ko-substrat
6 Reaksi-reaksi detoksifikasi dengan penambahan Ca(OH)2
7 Reaksi-reaksi pengendapan senyawa-senyawa toksik oleh NaOH
8 Tahap akhir fermentasi etanol
9 Reaksi fermentasi etanol oleh mikroba
10 Reaksi gula pereduksi dengan DNS
11 Reaksi pembentukan biomassa sel
12 Metabolisme pentosa dan heksosa menjadi etanol
5
6
7
9
10
12
12
13
14
15
16
17
DAFTAR LAMPIRAN
1 Diagram alir penelitian
2 Kurva pertumbuhan Candida tropicalis pada media hidrolisat ampas
tebu
3 Kurva pertumbuhan Candida tropicalis pada media hidrolisat ampas
tebu +3% glukosa
4 Hasil produksi bioetanol oleh C. tropicalis
5 Hasil produksi bioetanol oleh C. tropicalis pada media hidrolisat ampas
tebu +3% glukosa
6 Rendemen bioetanol perlakuan adaptasi dan detoksifikasi, adaptasi dan
non detoksifikasi, serta non adaptasi dan detoksifikasi
7 Rendemen bioetanol pada media +3% glukosa
8 Absorbansi dan gula reduksi pada media adaptasi
9 Kurva standar etanol
10 Kurva standar glukosa
22
23
23
23
23
24
24
24
25
25
11 Kurva standar glukosa analisis gula pereduksi
12 Dokumentasi analisis gula pereduksi
13 Peak HPLC
25
26
26
PENDAHULUAN
Indonesia merupakan negara agraris yang mempunyai hasil pertanian
melimpah. Salah satu hasil pertanian tersebut adalah tanaman tebu. Luas areal
tanam tebu di Indonesia mencapai 344 ribu ha dengan kontribusi utama adalah di
Jawa Timur (43.29%), Jawa Tengah (10.07%), Jawa Barat (5.87%), dan Lampung
(25.71%). Ampas tebu dihasilkan dari berat tebu giling sebesar 32%, namun
hanya 60% ampas tebu yang baru termanfaatkan (Badan Penelitian dan
Pengembangan Pertanian 2007).
Ampas tebu mengandung selulosa sebesar 50%, hemiselulosa sebesar 25%,
dan lignin sebesar 25% (Pandey et al. 2000). Menurut (Samsuri et al. 2007)
kandungan lignoselulosa ampas tebu sekitar 52.7% selulosa, 20% hemiselulosa,
dan 24.2% lignin. Pemanfaatan lignoselulosa sebagai substrat dilakukan dengan
perlakuan awal berupa pemecahan lignoselulosa menjadi gula yang lebih
sederhana. Perlakuan awal secara mekanik dan kimiawi menggunakan suhu 800C
selama 1 jam dan NaOH 4%(b/v) menghasilkan kadar selulosa tertinggi 71.29%,
lignin terendah 8.36%, dan gula pereduksi 5.537 g/L (Yuwono et al. 2012).
Perlakuan awal secara kimiawi menghasilkan senyawa-senyawa hasil samping
berupa asam asetat 3 g/L, furfural