E. HIDROLISIS ASAM
Menurut Grethlein 1978, konversi selulosa menjadi glukosa dapat dilakukan dengan menggunakan hidrolisis secara asam. Hidrolisis asam dapat
dilakukan dengan menggunakan asam pekat H
2
SO
4
72 persen atau HCl 42 persen pada suhu ruang. Selain itu juga dapat dilakukan dengan larutan asam 1
persen pada suhu 100°C sampai 120°C selama 3 jam atau lebih. Menurut Kosaric et al., 1983 hidrolisis asam dapat dikategorikan
melalui dua pendekatan umum, yaitu hidrolisis asam konsentrasi tinggi pada suhu rendah dan hidrolisis asam konsentrasi rendah pada suhu tinggi. Namun
karena harga asam kuat cukup mahal, hidrolisis selulosa dengan asam konsentrasi tinggi jarang diterapkan secara komersial. Pemilihan antara dua
cara tersebut pada umumnya didasarkan pada beberapa pertimbangan yaitu laju hidrolisis, tingkat degradasi, produk dan biaya total proses produksi.
Hidrolisis asam konsentrasi tinggi akan lebih ekonomis jika asam dapat diperoleh kembali recovery. Akan tetapi, asam kuat bersifat korosif,
sehingga memerlukan biaya tambahan untuk perawatan alat-alat produksi Kosaric et al., 1983.
Asam yang biasa digunakan untuk menghidrolisis selulosa adalah asam sulfat, asam klorida, atau asam fosfat. Menurut Tsao et al., 1978, hidrolisis
asam biasanya dilakukan dalam dua tahap untuk meminimumkan hasil samping yang tidak diinginkan. Kedua tahap tersebut adalah 1 tahap yang
melibatkan asam encer, yaitu 1 persen H
2
SO
4
pada 80-120°C selama 30-240 menit dan 2 tahap yang menggunakan asam lebih keras, yaitu 5-20 persen
H
2
SO
4
dan suhu lebih tinggi mendekati 180°C. Tujuan tahap pertama adalah untuk mengekstrak fraksi hemiselulosa khususnya pentosa, sedangkan tahap
kedua dilakukan untuk menghidrolisis selulosa membentuk glukosa. Dengan cara tersebut diusahakan suatu kondisi optimum untuk memaksimalkan hasil
glukosa dan meminimumkan hasil samping yang tidak diinginkan. Asam adalah katalis non spesifik yang dapat menyerang baik selulosa
maupun lignin. Selulosa adalah makromolekul dengan kristalinitas yang sangat kuat, sehingga hanya asam kuat yang dapat menghidrolisis selulosa
pada tingkat konversi yang tinggi. Sebagai katalis non spesifik yang sangat
reaktif, asam kuat juga menyebabkan degradasi glukosa hasil hidrolisis. Tsao et al
., 1978. Dunlop 1948 juga menambahkan bahwa hidrolisis asam terhadap bahan lignoselulosik pada suhu dan tekanan tinggi xilosa akan
terdegradasi menjadi furfural. Lignin akan terdegradasi menjadi satuan-satuan fenol Lapierre et al., 1983. Menurut Somaatmadja 1973, hidrolisis asam
akan menyebabkan terjadinya perubahan warna sirup menjadi kekuning- kuningan. Hal ini disebabkan terbentuknya 5hidroksi metil furfural. Ulbricht
et al. , 1984 juga menjelaskan bahwa pada hidrolisis selulosa dengan asam
untuk menghasilkan gula, 5-hidroksimetil-2-2 furfuraldehida atau disebut juga hidroksimetilfurfural HMF akan terbentuk dari penguraian glukosa pada
suasana asam, HMF ini akan terus bereaksi membentuk asam-asam organik seperti asam levulinat dan asam format pada suasana asam dan suhu tinggi.
Skema rekasi terbentuknya HMF dari selulosa pada saat hidrolisis asam disajikan pada Gambar 4.
Pada umumnya komponen terlarut yang terdapat pada hasil hidrolisis asam adalah xilosa, glukosa, selobiosa, furfuraldehid, hidroksimetilfurfural
dan asam-asam organik seperti asam format, asam levulinat serta asam asetat Tsao et al., 1978. Mekanisme hidrolisis selulosa secara asam dilukiskan
pada Gambar 5.
Gambar 4. Skema reaksi terbentuknya HMF dari selulosa pada saat hidrolisis asam Ulbricht et al., 1984.
Selulosa C
6
H
10
O
5 n
+ H
2
O Glukosa C
6
H
12
O
6
HMF C
6
H
6
O
3
- 3 H
2
O
+ 2 H
2
O
Asam levulinat C
5
H
8
O
3
Asam format HCOOH
OH OH
CH
2
OH OH
OH CH
2
OH
+ H
3
O
+
OH OH
OH OH
CH
2
OH CH
2
OH
H
+
OH OH
CH
2
OH OH
+
+ H
3
O
+
OH CH
2
OH
H
+
OH OH
OH CH
2
OH
OH
2
OH OH
H
2
O
OH CH
2
OH
OH
OH OH
H
2
O
Gambar 5. Mekanisme reaksi hidrolisis selulosa oleh asam Humprey, 1979 Somaatmadja 1973, melakukan penelitian proses netralisasi sirup
invert dengan menggunakan asam khlorida sebagai katalis dan larutan Na
2
CO
3
sebagai bahan penetral. Hasil netralisasi dengan larutan ini menghasilkan garam NaCl dalam jumlah yang relatif rendah. Oleh karena itu biasanya
dibiarkan dalam larutan karena tidak banyak mempengaruhi rasa sirup yang dihasilkan.
Netralisasi yang menggunakan Na
2
CO
3
sebagai bahan penetral menghasilkan garam NaCl yang tetap larut dalam sirup dan menghasilkan
H
2
CO
3
yang selanjutnya terurai menjadi H
2
O dan CO
2
. Gas CO
2
yang dihasilkan harus segera diuapkan untuk mencegah terbentuknya busa pada
permukaan sirup. Penambahan Na
2
CO
3
pada proses netralisasi diatur agar pH tidak melebihi 5,0 karena netralisasi di atas pH 5,0 menghasilkan sirup yang
berwarna kuning kecoklatan. Pembentukan warna ini disebabkan oleh terbentuknya senyawa hidroksi metil furfural Somaatmadja, 1973.
Proses hidrolisis selulosa secara asam dibagi menjadi lima tahap yaitu pencampuran selulosa dan asam, hidrolisis, netralisasi, pemucatan,
penyaringan dan pemekatan.
F. HIDROLISIS ENZIM
Kategori