Kajian Hidrolisa Sabut Sawit Menggunakan Selulase Kasar dari Neurospora sitophila
KAJIAN HlDROLlSA SABUT SAWIT MENGGUNAKAN
SELULASE KASAR DARl Neurospora sitophila
Oleh
CARMILA SINTA ULI SIHOMBING
F 27. 0120
1 9 9 4
FAKULTAS
INSTITUT
TEKNOLOGI
PERTANIAN
PERTANIAN BOGOR
B O G O R
Carmila Sinta Uli Sihombing. F 27.0120. Kajian Hidrolisa
Sabut Sawit Menggunakan Selulase Kasar dari Neurospora
sitophila. Di bawah bimbingan Illah Sailah dan Tun tedja
Irawadi .
RINGKASAN
Sabut dan tandan lcosong dari kelapa sawit (Elaeis
guineensis) adalah limbah dari industri minyak sawit.
Salah satu upaya pemanfaatan limbah sabut dan tandan
kelapa sawit adalah memanfaatkannya menjadi media pertumbuhan kapang selulolitik untuk produksi selulase,
selan-
jutnya selulase yang dihasilkan dapat digunakan untulc
menghidrolisis bahan berselulosa menjadi gula sederhana.
Tujuan penelitian ini adalah mengkaji kondisi hidrolisis sabut kelapa sawit menggunakan selulase kasar yang
dilakukan pada reaktor dengan pengaduk impeler turbine.
Penelitian ini dilakukan dengan 3 tingkat ukuran
partikel sabut sawit (20, 30, dan 40 mesh) dan 3 tingkat
agitasi/pengadukan (100, 125, dan 150 rpm) .
Hidrolisis
dilakukan dengan penambahan selulase kasar beraktivitas 5
Filter Paper Unit (FPU)/g substrat pada suhu 38'~ selama
10 jam dengan pengambilan sampel tiap 2 jam.
Analisa
hasil hidrolisis yang dilakukan adalah kadar gula pereduksi (mg/g substrat).
Selulase kasar yang digunakan untuk hidrolisis,
diproduksi dengan menumbuhkan kapang Neurospora sitophila
di dalam labu Erlenmeyer 250 ml pada substrat media padat
s a b u t dan t a n d a n kosong s a w i t
p a r t i k e l 2 0 mesh.
(1:l) yang berukuran
Inkubasi dilakukan selama 13 h a r i pada
k o n t r o l suhu 2s0c.
H a s i l p e n e l i t i a n m e m p e r l i h a t k a n bahwa u k u r a n p a r t i k e l
s a b u t sawit dan kecepatan
pengadukan
yang memberikan
k o n v e r s i t e r b a i k a d a l a h 4 0 mesh d a n 1 0 0 rpm d e n g a n w a k t u
h i d r o l i s i s selama
4
jam,
denqan h a s i l
s e b e s a r 8 6 . 8 9 6 mg/g s u b s t r a t .
gula pereduksi
KAJIAN HIDROLISA SABUT SAWIT MENGGUNAKAN
,.
DARI Ncurospora sitopltila.
SELULASE KASAR
Oleh
CARMILA SINTA ULI SIHOMBING
F 27.0120
S K R I P S I
sebagai s a l a h s a t u s y a r a t u n t u k memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
pada Jurusan Teknologi I n d u s t r i P e r t a n i a n ,
Fakultas Teknologi Pertanian,
I n s t i t u t P e r t a n i a n Bogor
1994
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
I
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
KAJIAN HIDROLISA SABUT SAWIT MENGGUNAKAN
SELULASE KASAR DARI N e m o s p r a sitophila
S K R I P S I
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
pada Jurusan Telcnologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh
CARMILA SINTA ULI SIHOMBING
F 27.0120
Dilahirkan di Medan pada tanggal 16 September 1971
Lulus pada tanggal
3.P."l!'?ri.
,1935
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang
Maha Esa karena dengan rahmatNya skripsi ini dapat diselesaikan.
Penulis mengucaplcan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada
:
1. Dr. Ir. Illah Sailah, MS dan Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi,
MS., selaku dosen pembimbing yang telah mengarahkan,
membimbing, dan memberikan bantuan fasilitas selama
penelitian,
2. Laboratorium Kimia Terpadu IPB beserta seluruh karyawan
yang telah membantu pelaksanaan penelitian.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari
kesempurnaan. Namun penulis tetap berharap dapat bermanfaat bagi yang memerlulcan.
Penulis sangat mengharapkan
kritilc dan saran yang bersifat membangun untuk penyempurnaan skripsi ini.
Bogor,
Desember 1994
iii
Penulis
DAFTAR IS1
Halaman
KATA PENGANTAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
iii
DAFTAR IS1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
iv
DAFTAR TABEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
vi
DAFTAR GAMBAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
vii
DAFTAR LAMPIRAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . viii
I . PENDAHULUAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
I1 . TINJAUAN PUSTAKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
A . SABUT DAN TANDAN KELAPA SAWIT SEBAGAI SUMBER
LIGNOSELULOSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 . Sabut dan Tandan Kelapa Sawit
3
...........
4
.....................
5
a . Selulosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
b . Hemiselulosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
c . Lignin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
7
2 . Bahan Lignoselulosa
B . INOKULAN Neurospora sitophila . . . . . . . . . . . . .
7
8
C . PERANAN SELULASE DALAM HIDROLISIS SUBSTRAT .
9
D . FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI HIDROLISA . .
11
E . PENGADUKAN PADA REAKTOR ENZIM . . . . . . . . . . . . . .
14
I11 . BAHAN DAN METODA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
A . BAHAN DAN ALAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
1 . Substrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
2 . Mikroorganisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
3 . Bahan Kimia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
4 . Peralatan
18
B . METODA
...............................
.....................................
20
1 . Persiapan Bahan Baku
....................
20
................
20
2 . Persiapan Mikroorganisme
3 . Pemakaian Inokulan pada Media Produksi
Enzim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 . Ekstraksi Enzim
.........................
5 . Hidrolisis Menggunakan Selulase Kasar . . .
20
21
23
C . TEMPAT DAN WAKTU PENELITIAN . . . . . . . . . . . . . . . .
23
IV . HASIL DAN PEMBAHASAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
A . KOMPOSISI SABUT DAN TANDAN KELAPA SAWIT . . . .
25
B . PRODUKSI DAN PENGUKURAN AKTIVITAS
SELULASE KASAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
C . PENGARUH UKURAN PARTIKEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
D . PENGARUH PENGADUKAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
E . PENGARUH WAKTU HIDROLISIS . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42
V . KESIMPULAN DAN SARAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
A . KESIMPULAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
B . SARAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
DAFTAR PUSTAKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
48
LAMPIRAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. A n a l i s a kimia s a b u t d a n t a n d a n k e l a p a s a w i t
( p e r s e n bahan k e r i n g ) .....................
Tabel 2 . Kandungan m i n e r a l s a b u t dan t a n d a n s a w i t
T a b e l 3 . Komposisi s a b u t d a n t a n d a n k e l a p a s a w i t
..
...
4
4
26
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar
1. Buah kelapa sawit saat dipanen . . . . . . . . . .
Gambar
2. Ikatan hidrogen yang membentuk struktur
4
selulosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
Gambar
3. Rumus bangun selulosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
Gambar
4. Skema mekanisme hidrolisis enzimatis
pada selulosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
Gambar
5. Pola aliran radial dan axial . . . . . . . . . . . .
16
Gambar
6. Reaktor terkontrol type Mini Jarfermentor
M-100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
Gambar
7. Konfigurasi reaktor enzim yang digunakan
19
Gambar
8. Inkubator untuk produksi enzim
..........
19
Gambar
9. Diagram alir produksi enzim selulase
kasar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
Gambar 10. Diagram alir hidrolisis enzimatis sabut
sawit menggunakan enzim kasar selulase
dari Neurospora sitophila . . . . . . . . . . . . . . .
24
Gambar 11. Neurospora sitophila berumur 3 hari . . . . .
30
Gambar 12. Produksi enzim pada erlenmeyer umur 13
hari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
Gambar 13 . Histogram gula pereduksi ulcuran partilcel
20 mesh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34
Gambar 14. Histogram gula pereduksi ukuran partikel
30 mesh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
Gambar 15. Histogram gula pereduksi ukuran partikel
40 mesh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
Gambar 16. Histogram gula pereduksi pada kecepatan
agitasi 100 rpm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
SELULASE KASAR DARl Neurospora sitophila
Oleh
CARMILA SINTA ULI SIHOMBING
F 27. 0120
1 9 9 4
FAKULTAS
INSTITUT
TEKNOLOGI
PERTANIAN
PERTANIAN BOGOR
B O G O R
Carmila Sinta Uli Sihombing. F 27.0120. Kajian Hidrolisa
Sabut Sawit Menggunakan Selulase Kasar dari Neurospora
sitophila. Di bawah bimbingan Illah Sailah dan Tun tedja
Irawadi .
RINGKASAN
Sabut dan tandan lcosong dari kelapa sawit (Elaeis
guineensis) adalah limbah dari industri minyak sawit.
Salah satu upaya pemanfaatan limbah sabut dan tandan
kelapa sawit adalah memanfaatkannya menjadi media pertumbuhan kapang selulolitik untuk produksi selulase,
selan-
jutnya selulase yang dihasilkan dapat digunakan untulc
menghidrolisis bahan berselulosa menjadi gula sederhana.
Tujuan penelitian ini adalah mengkaji kondisi hidrolisis sabut kelapa sawit menggunakan selulase kasar yang
dilakukan pada reaktor dengan pengaduk impeler turbine.
Penelitian ini dilakukan dengan 3 tingkat ukuran
partikel sabut sawit (20, 30, dan 40 mesh) dan 3 tingkat
agitasi/pengadukan (100, 125, dan 150 rpm) .
Hidrolisis
dilakukan dengan penambahan selulase kasar beraktivitas 5
Filter Paper Unit (FPU)/g substrat pada suhu 38'~ selama
10 jam dengan pengambilan sampel tiap 2 jam.
Analisa
hasil hidrolisis yang dilakukan adalah kadar gula pereduksi (mg/g substrat).
Selulase kasar yang digunakan untuk hidrolisis,
diproduksi dengan menumbuhkan kapang Neurospora sitophila
di dalam labu Erlenmeyer 250 ml pada substrat media padat
s a b u t dan t a n d a n kosong s a w i t
p a r t i k e l 2 0 mesh.
(1:l) yang berukuran
Inkubasi dilakukan selama 13 h a r i pada
k o n t r o l suhu 2s0c.
H a s i l p e n e l i t i a n m e m p e r l i h a t k a n bahwa u k u r a n p a r t i k e l
s a b u t sawit dan kecepatan
pengadukan
yang memberikan
k o n v e r s i t e r b a i k a d a l a h 4 0 mesh d a n 1 0 0 rpm d e n g a n w a k t u
h i d r o l i s i s selama
4
jam,
denqan h a s i l
s e b e s a r 8 6 . 8 9 6 mg/g s u b s t r a t .
gula pereduksi
KAJIAN HIDROLISA SABUT SAWIT MENGGUNAKAN
,.
DARI Ncurospora sitopltila.
SELULASE KASAR
Oleh
CARMILA SINTA ULI SIHOMBING
F 27.0120
S K R I P S I
sebagai s a l a h s a t u s y a r a t u n t u k memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
pada Jurusan Teknologi I n d u s t r i P e r t a n i a n ,
Fakultas Teknologi Pertanian,
I n s t i t u t P e r t a n i a n Bogor
1994
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
I
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
KAJIAN HIDROLISA SABUT SAWIT MENGGUNAKAN
SELULASE KASAR DARI N e m o s p r a sitophila
S K R I P S I
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
pada Jurusan Telcnologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh
CARMILA SINTA ULI SIHOMBING
F 27.0120
Dilahirkan di Medan pada tanggal 16 September 1971
Lulus pada tanggal
3.P."l!'?ri.
,1935
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang
Maha Esa karena dengan rahmatNya skripsi ini dapat diselesaikan.
Penulis mengucaplcan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada
:
1. Dr. Ir. Illah Sailah, MS dan Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi,
MS., selaku dosen pembimbing yang telah mengarahkan,
membimbing, dan memberikan bantuan fasilitas selama
penelitian,
2. Laboratorium Kimia Terpadu IPB beserta seluruh karyawan
yang telah membantu pelaksanaan penelitian.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari
kesempurnaan. Namun penulis tetap berharap dapat bermanfaat bagi yang memerlulcan.
Penulis sangat mengharapkan
kritilc dan saran yang bersifat membangun untuk penyempurnaan skripsi ini.
Bogor,
Desember 1994
iii
Penulis
DAFTAR IS1
Halaman
KATA PENGANTAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
iii
DAFTAR IS1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
iv
DAFTAR TABEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
vi
DAFTAR GAMBAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
vii
DAFTAR LAMPIRAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . viii
I . PENDAHULUAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
I1 . TINJAUAN PUSTAKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
A . SABUT DAN TANDAN KELAPA SAWIT SEBAGAI SUMBER
LIGNOSELULOSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 . Sabut dan Tandan Kelapa Sawit
3
...........
4
.....................
5
a . Selulosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
b . Hemiselulosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
c . Lignin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
7
2 . Bahan Lignoselulosa
B . INOKULAN Neurospora sitophila . . . . . . . . . . . . .
7
8
C . PERANAN SELULASE DALAM HIDROLISIS SUBSTRAT .
9
D . FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI HIDROLISA . .
11
E . PENGADUKAN PADA REAKTOR ENZIM . . . . . . . . . . . . . .
14
I11 . BAHAN DAN METODA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
A . BAHAN DAN ALAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
1 . Substrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
2 . Mikroorganisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
3 . Bahan Kimia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
4 . Peralatan
18
B . METODA
...............................
.....................................
20
1 . Persiapan Bahan Baku
....................
20
................
20
2 . Persiapan Mikroorganisme
3 . Pemakaian Inokulan pada Media Produksi
Enzim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 . Ekstraksi Enzim
.........................
5 . Hidrolisis Menggunakan Selulase Kasar . . .
20
21
23
C . TEMPAT DAN WAKTU PENELITIAN . . . . . . . . . . . . . . . .
23
IV . HASIL DAN PEMBAHASAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
A . KOMPOSISI SABUT DAN TANDAN KELAPA SAWIT . . . .
25
B . PRODUKSI DAN PENGUKURAN AKTIVITAS
SELULASE KASAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
C . PENGARUH UKURAN PARTIKEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
D . PENGARUH PENGADUKAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
E . PENGARUH WAKTU HIDROLISIS . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42
V . KESIMPULAN DAN SARAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
A . KESIMPULAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
B . SARAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
DAFTAR PUSTAKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
48
LAMPIRAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. A n a l i s a kimia s a b u t d a n t a n d a n k e l a p a s a w i t
( p e r s e n bahan k e r i n g ) .....................
Tabel 2 . Kandungan m i n e r a l s a b u t dan t a n d a n s a w i t
T a b e l 3 . Komposisi s a b u t d a n t a n d a n k e l a p a s a w i t
..
...
4
4
26
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar
1. Buah kelapa sawit saat dipanen . . . . . . . . . .
Gambar
2. Ikatan hidrogen yang membentuk struktur
4
selulosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
Gambar
3. Rumus bangun selulosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
Gambar
4. Skema mekanisme hidrolisis enzimatis
pada selulosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
Gambar
5. Pola aliran radial dan axial . . . . . . . . . . . .
16
Gambar
6. Reaktor terkontrol type Mini Jarfermentor
M-100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
Gambar
7. Konfigurasi reaktor enzim yang digunakan
19
Gambar
8. Inkubator untuk produksi enzim
..........
19
Gambar
9. Diagram alir produksi enzim selulase
kasar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
Gambar 10. Diagram alir hidrolisis enzimatis sabut
sawit menggunakan enzim kasar selulase
dari Neurospora sitophila . . . . . . . . . . . . . . .
24
Gambar 11. Neurospora sitophila berumur 3 hari . . . . .
30
Gambar 12. Produksi enzim pada erlenmeyer umur 13
hari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
Gambar 13 . Histogram gula pereduksi ulcuran partilcel
20 mesh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34
Gambar 14. Histogram gula pereduksi ukuran partikel
30 mesh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
Gambar 15. Histogram gula pereduksi ukuran partikel
40 mesh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
Gambar 16. Histogram gula pereduksi pada kecepatan
agitasi 100 rpm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41