matriks serat biomassa menjadikannya lebih sulit dihidrolisis dibandingkan pati yang ada dalam tapioka dimana granulanya sudah bebas dari ikatan matriks serat.
Hasil glukosa tertinggi yang diperoleh dari proses hidrolisis ampas tapioka menggunakan iradiasi gelombang mikro adalah 28,59 dari berat bahan kering
atau 32,41 dari hasil teoritis dengan basis pati. Hasil sebesar itu diperoleh setelah pemanasan pada suhu 230 °C selama 5 menit. Iradiasi atau pemanasan
gelombang mikro merupakan salah satu metode yang menjanjikan untuk digunakan dalam proses hidrolisis ampas tapioka, karena berlangsung cepat.
Namun demikian, masih perlu dilakukan studi lebih lanjut agar diperoleh hasil glukosa yang lebih tinggi tanpa disertai dengan terbentuknya warna coklat yang
berlebihan yang dapat menghambat proses lebih lanjut terhadap glukosa yang terbentuk.
Gambar 2.10 Citra SEM residu ampas tapioka setelah pemanasan gelombang
mikro pada suhu 140-230 °C.
140
o
C
190
o
C 200
o
C 210
o
C
220
o
C 230
o
C 240
o
C 160
o
C 180
o
C
BAB III PENINGKATAN HIDROLISIS AMPAS TAPIOKA PADA
PEMANASAN GELOMBANG MIKRO DENGAN PENAMBAHAN KARBON AKTIF
Improvement of microwave-assisted hydrolysis of cassava pulp by addition of activated carbon
Abstrak
Ampas tapioka adalah salah satu bahan yang kaya akan karbohidrat, terutama pati, yang dapat dihidrolisis menjadi glukosa, dan selanjutnya diubah
menjadi etanol atau bahan kimia lain. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh dua jenis karbon aktif terhadap proses hidrolisis ampas tapioka dalam
medium air menggunakan pemanasan gelombang mikro. Selain itu, diteliti pula pengaruh suhu pemanasan 180-230 °C, lama pemanasan 5-18 menit pada
210 °C dan jumlah karbon aktif rasio 0,5-2,0:1:20, karbon aktif : padatan : larutan. Penambahan karbon aktif 1,0 gg pada hidrolisis menggunakan
gelombang mikro meningkatkan hasil glukosa hingga mencapai 45-46 basis pati pada suhu yang lebih rendah 220 °C selama 5 menit dibandingkan dengan
hidrolisat tanpa penambahan karbon aktif 32.41 basis pati pada 230 °C selama 5 menit, dengan warna hidrolisat yang lebih terang yang menandakan
berkurangnya keberadaan senyawa hasil dekomposisi sekunder karbohidrat dalam hidrolisat. Rendemen glukosa tertinggi yang diperoleh dari ampas tapioka adalah
52,27 basis pati, yaitu setelah pemanasan pada suhu 210 °C selama 15 menit. Kata kunci: gelombang mikro, hidrolisis, ampas tapioka, karbon aktif, glukosa
Abstract
Cassava pulp is rich in carbohydrates, especially starch, which can be hydrolyzed to glucose, and further converted to ethanol or other chemicals. This
research was to study the effects of two types of activated carbons on the hydrolysis of cassava pulp using microwave heating in water. In addition, the
effects of heating temperature 180-230 °C, duration of heating 5-18 minutes at 210 °C and amount of activated carbon at 0.5-2.0:1:20 of activated carbon :
solid : liquid ratio were also evaluated. The presence of activated carbon 1.0 gg in microwave-assisted hydrolysis gave much improved glucose yields 45-46 of
starch-based theoretical at lower heating temperature 220 °C for 5 minutes with suppressed formation of secondary decomposed compounds than those without
addition of activated carbon 32.41 of starch-based theoretical at 230 °C for 5 minutes. The highest glucose yield from cassava pulp 52.27 of starch-based
theoretical was obtained after heating at 210 °C for 15 minutes. Keywords: microwave-assisted hydrolysis, cassava pulp, activated carbon,
glucose
3.1. Pendahuluan
Ampas tapioka yang merupakan limbah industri tapioka mengandung 62- 68 pati dan 13-27 serat Kunhi et al. 1981; Sriroth et al. 2000. Karena pati
merupakan komponen utama dalam ampas tapioka, maka tahapan konversi penting difokuskan pada proses hidrolisis pati menjadi glukosa, yang selanjutnya
dapat dikonversi menjadi berbagai jenis bahan kimia yang bermanfaat, termasuk etanol.
Hidrolisis pati ampas tapioka telah diteliti dengan berbagai metode, yaitu hidrolisis asam Ahmed et al. 1983; Srikanta et al. 1987; Thongchul et al. 2010,
hidrolisis enzimatis Jaleel et al. 1988; Chotineeranat et al. 2004; Kongkiattikajorn dan Yoonan 2004; Rattanachomsri et al. 2009, dan kombinasi
proses hidrotermal dan enzimatis Kosugi et al. 2009; Nair et al. 2011. Hidrolisis menggunakan pemanasan gelombang mikro telah terbukti
merupakan metode yang cepat dan mudah dalam membantu proses konversi biomassa untuk menghasilkan bahan-bahan kimia yang bermanfaat Tsubaki et al.
2008; Yoshida et al. 2010. Penambahan karbon aktif mampu meningkatkan reaksi menggunakan pemanasan gelombang mikro dengan pembentukan hot spot
di permukaan karbon aktif Zhang et al. 2007. Proses sakarifikasi pati jagung dapat meningkat dan berlangsung pada suhu yang lebih rendah apabila karbon
aktif ditambahkan pada pemanasan menggunakan gelombang mikro. Matsumoto et al. 2011. Selain itu, karbon aktif juga dapat berfungsi sebagai bahan
pengadsorpsi produk degradasi sekunder senyawa karbohidrat seperti furfural dan hidroksi metil furfural HMF yang dapat menghambat proses fermentasi glukosa
menjadi etanol. Pada penelitian ini dipelajari penggunaan dua jenis karbon aktif pada
hidrolisis ampas tapioka menggunakan pemanasan gelombang mikro agar dapat dibangun aplikasi praktis metode ini dalam transformasi biomassa.
3.2. Bahan dan Metode 3.2.1. Bahan
Ampas tapioka yang digunakan sama dengan yang digunakan pada penelitian sebelumnya pada Bab II. Karbon aktif 1 Y-820 AW, sebelumnya Y-
10S AW berbentuk granul diperoleh dari Ajinomoto Fine-Techno Co., Inc., Jepang, selanjutnya disebut KAG. Karbon aktif 2 Kode 07912-05 berbentuk
tepung diperoleh dari Nacalai Tesque Inc., Jepang, selanjutnya disebut KAT. Pelarut dan bahan kimia lain yang digunakan adalah kualitas untuk analisis.
3.2.2. Karakterisasi karbon aktif
Kedua jenis karbon aktif diestimasi ukurannya menggunakan ayakan yang diketahui ukuran lubangnya. Daya serap karbon aktif terhadap senyawa I
2
dan senyawa biru metilena ditentukan menurut SNI 06-4253-1996 BSN 1996. Luas
permukaan karbon aktif dihitung berdasarkan daya serap karbon aktif terhadap biru metilena. Prosedur analisis disajikan pada Lampiran 2.
3.2.3. Hidrolisis menggunakan iradiasi gelombang mikro
Suspensi bahan dalam air 1g20 mL dimasukkan ke dalam tabung Teflon
®
berkapasitas 100 mL dan diaduk menggunakan pengaduk magnetik agar diperoleh suspensi yang homogen. Karbon aktif 1g ditambahkan ke dalam contoh,
kemudian campuran dihidrolisis di dalam oven gelombang mikro MycroSYNTH Lab Station 2450 MHz Milestone Inc., Shelton, CT, USA pada suhu 180-
230 °C dengan lama pemanasan pendahuluan 4 menit dan lama pemanasan pada
suhu yang diinginkan 5 menit, yang merupakan perlakuan terbaik dari hasil penelitian sebelumnya. Setelah iradiasi gelombang mikro, campuran dalam
tabung segera didinginkan dengan merendamnya dalam bak berisi es. Pada tahap ini dipilih karbon aktif yang digunakan pada percobaan selanjutnya. Berdasarkan
jumlah fraksi terlarut, rendemen glukosa yang diperoleh dan dengan mempertimbangkan segi kepraktisan dalam proses KAG lebih mudah ditangani
daripada KAT, maka penelitian selanjutnya dilakukan menggunakan KAG pada tingkat konsentrasi substrat 5, suhu 210 °C dengan waktu pemanasan yang
bervariasi 5-18 menit dan pada tingkat konsentrasi substrat 5, suhu 210 °C selama 12 menit dengan jumlah karbon aktif 0,5; 1,0; 1,5 dan 2,0 g per g ampas
tapioka.
