Hasil dan Pembahasan PRODUKSI GULA PEREDUKSI MELALUI REKAYASA PROSES PRA PERLAKUAN BAMBU BETUNG

Tabel 5.1. Peningkatan CI bahan dan kehilangan komponen kimia setelah perlakuan jamur Pra-perlakuan CI bahan 1 Peningkatan CI terhadap kontrol Kehilangan berat Lignin 2 Hemi selulosa 2 Total Kontrol 30.43 Inokulum 5 38.39 26.16 24.27±2.3 10.92±6.16 35.19 Inokulum 10 30.83 1.32 9.78±4.3 16.83±1.3 26.61 Keterangan : 1. Tabel 2.2 2. Tabel 2.6 Tanpa kehadiran karbon aktif, peningkatan konsentrasi asam dalam hidrolisis asam-gelombang mikro menurunkan rendemen gula pereduksi sangat tajam. Semakin kerasnya kondisi hidrolisis memungkinkan pembentukan produk degradasi sekunder dalam proses hidrolisis. Kehilangan lignin karena perlakuan asam pada selulosa dilaporkan meningkatkan indeks kristalinitas bahan, sehingga menurunkan penetrasi agen penghidrolisis dan menurunkan rendemen gula pereduksi Pu et al. 2013. Hasil yang sejalan dengan penelitian ini dilaporkan oleh Hermiati et al. 2012b menggunakan onggok dengan iradiasi gelombang mikro selama 12-15 menit dikarenakan oleh dekomposisi glukosa menjadi berat molekul yang lebih rendah seperti HMF. Perbaikan rendemen gula pereduksi juga ditemukan setelah hidrolisis asam-gelombang mikro dengan konsentrasi asam 2.5 selama 12.5 menit baik pada inokulum 5 dan 10. Pra-perlakuan dengan inokulum 5 selama 12.5 menit dengan konsentrasi asam 1 menunjukan rendemen gula pereduksi yang tertinggi 17.06 bambu awal atau 18.24 bambu hasil pra-perlakuan dan rendemen ini meningkat 6.74 kali dibandingkan dengan rendemen gula pereduksi dari hidrolisis enzimatis menggunakan enzim selulase 20 FPUg. Dalam kondisi ini, holoselulosa yang dapat dikonversi menjadi glukosa sebesar 21.86 Gambar 5.3. Secara teoritis, konversi gula pereduksi dari bambu dengan nisbah hidrolisis 100 dapat memproduksi 71.45g gula pereduksi100g bambu awal, oleh karena itu pada pra-perlakuan ini rendemen gula pereduksi yang dapat dicapai sebesar 22.75 dari rendemen gula pereduksi teoritis dari bambu awal. Gambar 5.2. Rendemen gula pereduksi dari hidrolisis asam-gelombang mikro bambu dengan pra-perlakuan biologis inokulum 5 A dan 10 B terhadap bambu awal Penambahan karbon aktif dalam hidrolisis asam-gelombang mikro hanya meningkatkan rendemen gula pereduksi pada konsentrasi asam 2.5. Tampaknya bahwa konsentrasi asam lebih nyata berpengaruh dibandingkan dengan penambahan karbon aktif dalam hidrolisis asam-gelombang mikro. Konsentrasi asam yang lebih tinggi berkaitan dengan penurunan absorbansi senyawa coklat. Penambahan karbon aktif dapat memperbaiki rendemen glukosa dalam medium air tapi tidak dalam medium asam Hermiati 2012. Penghambatan senyawa coklat dalam senyawa asam disebabkan oleh terjadnya reaksi Maillard yang cepat, sehingga pembentukan glikosilamida menjadi terhambat Whistler et al. 1985. Penurunan rendemen gula pereduksi pada konsentrasi asam 1 dengan karbon aktif mungkin terkait dengan adsorbsi oligomer di permukaan karbon aktif sehingga bagian ini tidak ikut dihidrolisis Hermiati 2012. 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 5 7.5 10 12.5 R e n d e m e n g u la p e re d u ksi b am b u awal Iradiasi menit 1 H2SO4 ,0.0 g karbon aktif 1 H2SO4 ,0.5 g karbon aktif 2.5 H2SO4 ,0.0 g karbon aktif 2.5 H2SO4 ,0.5 g karbon aktif 5 H2SO4 ,0.0 g karbon aktif 5 H2SO4 ,0.5 g karbon aktif 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 5 7.5 10 12.5 Re n d em en g u la p er ed u ksi b am b u awal Iradiasi menit 1 H2SO4 ,0.0 g karbon aktif 1 H2SO4 ,0.5 g karbon aktif 2.5 H2SO4 ,0.0 g karbon aktif 2.5 H2SO4 ,0.5 g karbon aktif 5 H2SO4 ,0.0 g karbon aktif 5 H2SO4 ,0.5 g karbon aktif B A Gambar 5.3. Nisbah hidrolisis pada hidrolisis asam-gelombang mikro bambu dengan pra-perlakuan biologis inokulum 5 A dan 10 B Penambahan karbon aktif 0.5 gg cenderung mencerahkan warna hidrolisat yang ditunjukkan oleh penurunan absorbansi senyawa coklat. Kencenderungan ini relatif konsisten untuk konsentrasi asam 1. Peningkatan waktu iradiasi cenderung meningkatkan pembentukan senyawa coklat Gambar 5.4. Meskipun, konsentrasi asam 1 memiliki senyawa coklat yang lebih tinggi dibandingkan dengan yang lain, rendemen gula pereduksi yang diproduksinya lebih baik dibandingkan dengan perlakuan lain. Karbon aktif berfungsi sebagai bahan pengadsorbsi. Hal ini diindikasikan pada fakta bahwa peningkatan waktu iradiasi meningkatkan degradasi gula pereduksi yang dihasilkan menjadi gula pereduksi. Tahap degradasi sekunder dari hemiselulosa dalam hidrolisis asam dapat juga diasumsikan berkontribusi meningkatkan absorbansi senyawa coklat. 5 10 15 20 25 5 7.5 10 12.5 N isb ah h id ro li si s Iradiasi menit 1 H2SO4 ,0.0 g karbon aktif 1 H2SO4 ,0.5 g karbon aktif 2.5 H2SO4 ,0.0 g karbon aktif 2.5 H2SO4 ,0.5 g karbon aktif 5 H2SO4 ,0.0 g karbon aktif 5 10 15 20 25 5 7.5 10 12.5 N isb ah h id ro li si s Iradiasi menit 1 H2SO4 ,0.0 g karbon aktif 1 H2SO4 ,0.5 g karbon aktif 2.5 H2SO4 ,0.0 g karbon aktif 2.5 H2SO4 ,0.5 g karbon aktif 5 H2SO4 ,0.0 g karbon aktif 5 H2SO4 ,0.5 g karbon aktif B A B Gambar 5.4. Senyawa coklat pada hidrolisat bambu setelah pra-perlakuan biologis pada inokulum 5 A dan 10 B selama hidrolisis asam-gelombang mikro Peningkatan konsentrasi asam juga berpengaruh terhadap penurunan nilai pH Gambar 5.5. Pembentukan asam organik seperti asam format, asam asetat yang diproduksi dari degradasi sekunder karbohidrat mungkin bertanggungjawab dengan penurunan pH Hermiati et al. 2012a; Lorenz dan Johnson 1972; Harmsen et al. 2014. Asam asetat berasal dari gugus asetil dalam hemiselulosa Harmsen et al. 2014. 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 5 7.5 10 12.5 5 7.5 10 12.5 5 7.5 10 12.5 H2SO4 1 H2SO4 2.5 H2SO4 5 A b sor b an si Iradiasi menit 5 inokulum, 0.0 g karbon aktif 5 inokulum,0.5 g karbon aktif 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 5 7.5 10 12.5 5 7.5 10 12.5 5 7.5 10 12.5 H2SO4 1 H2SO4 2.5 H2SO4 5 Abso rb a n si Iradiasi menit 10 inokulum, 0.0 g karbon aktif 10 inokulum,0.5 g karbon aktif A B Gambar 5.5 pH dari hidrolisat bambu setelah pra-perlakuan biologis dengan inokulum 5 A dan 10 B selama hidrolisis asam- gelombang mikro

5.4 Simpulan

Hidrolisis asam-gelombang mikro menghasilkan rendemen gula pereduksi 17.06 dari bambu awal yang lebih tinggi daripada rendemen gula pereduksi pada hidrolisis enzimatis 2.53 dari bambu awal. Rendemen gula pereduksi pada hidrolisis asam-gelombang mikro ini cenderung meningkat bersamaan dengan peningkatan waktu iradiasi sampai 12.5 menit, baik pada inokulum 5 maupun 10. Pra-perlakuan dengan inokulum 5 menunjukkan rendemen gula pereduksi yang lebih tinggi dibandingkan dengan inokulum 10. Peningkatan konsentrasi asam cenderung menurunkan pH hidrolisat. Meskipun, penambahan karbon aktif dalam hidrolisis gelombang mikro cenderung menurunkan aborbansi senyawa coklat namun terjadi penurunan rendemen gula pereduksi sehingga karbon aktif tidak perlu digunakan dalam hidrolisis asam dengan gelombang 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 5 7.5 10 12.5 5 7.5 10 12.5 5 7.5 10 12.5 H2SO4 1 H2SO4 2.5 H2SO4 5 pH Iradiasi menit 5 inokulum, 0.0 g karbon aktif 5 inokulum, 0.5 g karbon aktif 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 5 7.5 10 12.5 5 7.5 10 12.5 5 7.5 10 12.5 H2SO4 1 H2SO4 2.5 H2SO4 5 pH Iradiasi menit 10 inokulum, 0.0 g karbon aktif 10 inokulum, 0.5 g karbon aktif A B mikro. Pra-perlakuan biologis dengan inokulum 5 selama 12.5 menit dengan konsentrasi asam 1 menunjukkan rendemen gula pereduksi yang tertinggi 17.06 bambu awal atau 18.24 bambu setelah pra-perlakuan dan rendemen ini meningkat 6.74 kali dibandingkan dengan rendemen gula pereduksi tertinggi menggunakan enzim selulase 20 FPUg. Dalam kondisi ini, holoselulosa bambu yang dapat dikonversi menjadi gula pereduksi sebesar 22.75 dari maksimal rendemen gula pereduksi teoritis dari bambu awal. 6 KINERJA HIDROLISIS ENZIMATIS DAN ASAM- GELOMBANG MIKRO PADA BAMBU BETUNG SETELAH PRA-PERLAKUAN GELOMBANG MIKRO

6.1 Pendahuluan

Diantara berbagai jenis pra-perlakuan bahan berlignoselulosa untuk produksi bioetanol yang telah banyak dikembangkan, pra-perlakuan gelombang mikro tunggal ataupun kombinasi dengan pra-perlakuan lain menjadi metode pra-perlakuan biomasa yang menarik karena perolehan rendemen gulanya yang lebih baik. Pra-perlakuan gelombang mikro dapat dikategorikan sebagai pra-perlakuan fisik yang memberikan efek utama berupa peningkatan luas permukaan dan memperbesar ukuran pori. Lebih lanjut, efek lain dari pra-perlakuan ini adalah melunakkan dan mendepolimerisasi sebagian lignin dan merusakan ikatan kompleks lignin- karbohidrat Conde-Meija et al. 2012. Dibandingkan dengan pemanasan konvensional, iradiasi gelombang mikro berupa kontak langsung dari sumber panasnya kedalam substrat, lebih mudah dioperasikan, cepat dan pemanasannya selektif pada bagian polar dan membangkitkan “hot spot” dengan bahan yang tidak homogen Chen et al. 2011; Hu dan Wen 2008; Zhang et al. 2007. Studi pra-perlakuan gelombang mikro menggunakan berbagai bahan kimia pada bahan berlignoselulosa telah dilaporkan sebelumnya. Azuma et al.1985 melaporkan bahwa gula total yang diperoleh dari hidrolisis enzimatis kayu daun lebar yang diberikan pra-perlakuan gelombang mikro pada medium air sebesar 88-93. Peningkatan ketercernaan enzimatis dari kombinasi pra-perlakuan gelombang mikro dengan asam sulfat juga dilaporkan oleh Singh et al. 2013, dengan maksimum gula pereduksi yang diperoleh sebesar 1.376,99 µgml. Iradiasi gelombang mikro dengan alkali pada switchgrass pada kondisi optimal yaitu 190 C, 50 gl kadar padatan selama 30 menit menghasilkan rendemen gula 58.7 g100 g biomasa, setara dengan 99 dari maksimum potensi gula yang dapat dihasilkan Hu dan Wen 2008. Perlakuan gelombang mikro pada bagas tebu dengan NaOH 1 pada 600 W selama 4 menit yang dihidrolisis secara enzimatis menghasilkan rendemen gula pereduksi sebesar 0.665 gg biomasa kering, sedangkan kombinasi perlakuan gelombang mikro-alkali-asam dengan NaOH 1 diikuti dengan asam sulfat 1, rendemen gula pereduksinya naik menjadi 0.83 gg biomasa kering Binod et al 2012. Penggunaan asam nitrit encer 2 dalam pemanasan gelombang mikro telah dilaporkan sebelumnya oleh Ravoof et al.2012, dengan rendemen gula pereduksi maksimum pada hidrolisis enzimatik selama 108 jam hampir 60. Lebih lanjut, pra- perlakuan bonggol jagung menggunakan kombinasi steam explosion dan iradiasi gelombang mikro menghasilkan rendemen gula maksimum sebesar 72.1 g100 g biomasa kering, yang dicapai pada daya 540 W selama 5 menit Pang et al. 2012. Kheswani 2009 melakukan pra-perlakuan gelombang