BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Penelitian
Tumbuhnya eceng gondok dalam suatu ekosistem dapat menyebabkan penurunan kualitas lingkungan ekosistem tersebut. Di beberapa danau di dunia,
seperti Danau Victoria, Danau Toba dan danau lain, eceng gondok tumbuh melampaui spesies alami, sehingga mengurangi biodiversitas ekosistem tersebut
Moedjojo et al. 2006; Rutashobya, 1996 dalam Katima, 2001. Eceng gondok mampu memurnikan suatu badan air tetapi ketika tumbuh di luar kendali, tumbuhan
ini menyebabkan banyak masalah Flacker, 2004; Jafari, 2010; Mahamadi, 2011. Karena usaha mengontrol populasi eceng gondok telah mengalami banyak
kegagalan, studi baru-baru ini lebih ditekankan pada pemanfaatannya Abdel-sabour, 2010; Malik, 2007. Salah satu pemanfaatan yang ramah lingkungan adalah dengan
mengubah eceng gondok ke etanol Mukhopadhyay dan Chatterjee, 2010. Penelitian-penelitian terdahulu mengenai produksi bioetanol dari eceng gondok
beserta penelitian lain yang dijadikan sebagai acuan dalam modifikasi proses, diringkas dalam Tabel 1.1.
Dari penelitian-penelitian yang telah dilakukan, alur proses secara umum meliputi praperlakuan pretreatment dengantanpa detoksifikasi, diikuti hidrolisis
dan fermentasi yang dilangsungkan terpisah Separated Hydrolysis and
Universitas Sumatera Utara
Fermentation ataupun bersamaan seperti Simultaneous Saccharification and
Fermentation Simultaneous Saccharification, Co-Fermentation and Fermentation
Consolidated BioProcessing .
Tabel 1.1. Ringkasan Penelitian Terdahulu
Lingkup studi Peneliti
Hasil
Metode dan kondisi
praperlakuan bioetanol
eceng gondok Abdel-Fattah dan
Abdel-Naby, 2012 Ahn et al. 2012
Eshtiaghi et al. 2012 Merina dan
Trihadinigrum, 2011 Sari et al. 2011
Satyanagalakshmi et al
. 2011 Guragain et al. 2011
Harun et al. 2011 Ma et al. 2010
Sornvoraweat dan Kongkiattikajorn,
2010 Masami et al. 2008
Isarankura-Na- Ayudhya et al. 2007
Tiap metode praperlakuan memiliki kelemahan dan kekurangan masing-masing. Praperlakuan
yang lebih intensif biasanya memungkinkan konversi selulosa yang lebih tinggi dan lebih
cepat,
namun menyebabkan
terbentuknya inhibitor.
Praperlakuan yang terlalu lama dianggap tidak efektif dan menyebabkan degradasi gula.
Terdapat literatur yang menyebutkan bahwa penggilingan saja merupakan praperlakuan yang
memadai. Dari berbagai metode yang pernah dicoba, hanya
praperlakuan biologis dengan jamur akar putih yang tidak menghasilkan inhibitor.
Jenis, rasio dan konsentrasi
enzim bioetanol
eceng gondok Abdel-Fattah dan
Abdel-Naby, 2012 Ahn et al. 2012
Eshtiaghi et al. 2012 Takagi et al. 2012
Kurniati et al. 2011 Satyanagalakshmi et
al
. 2011 Penggunaan
campuran enzim
selulase memberikan efek sinergis. Semakin tinggi
konsentrasi enzim, konversi yang lebih tinggi dan lebih cepat diperoleh.
Akan tetapi, dalam banyak studi disampaikan bahwa peningkatan hasil tidak sebanding dengan
biaya tambahannya. Selain selulase, penggunaan jenis enzim lain
seperti
pektinase, hemiselulase,
arabinose, ligninase, dan xilanase juga memberikan
kontribusi positif dalam produksi bioetanol. Loading
biomassa bioetanol
eceng gondok Takagi et al. 2012
Satyanagalakshmi et al
. 2011 Studi-studi yang ada menunjukkan bahwa ketika
loading biomassa ditingkatkan, konsentrasi
etanol akhir meningkat tetapi konversi dan produktivitas menurun.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.1. Ringkasan Penelitian Terdahulu
Lingkup studi Peneliti
Hasil
Mikroba fermentasi
bioetanol eceng gondok
Takagi et al. 2012 Merina dan
Trihadinigrum, 2011 Sornvoraweat dan
Kongkiattikajorn, 2010
Mishima et al. 2008 Beragam strain dan spesies ragi dan bakteri telah
dicoba. Parameter utama perbandingan biasanya adalah yield etanol yang dicapai masing-masing
organisme. Strain baru dan rekombinan masih terus diisolasi dan dikembangkan.
Penggunaan surfaktan
bioetanol eceng gondok
Satyanagalakshmi et al
. 2011 Penggunaan surfaktan mengurangi ikatan non
efektif selulase pada lignin sehingga mengurangi konsumsi enzim.
Mode proses bioetanol
eceng gondok Mukhopadhyah dan
Chatterjee, 2010 Mishima et al. 2008
Mode proses yang menggabungkan fermentasi dan hidrolisis memberikan hasil yang lebih baik.
Ekstraksi etanol Offeman et al. 2010;
2008; 2006 Stang et al. 2001
Kim et al. 1999 Munson dan King,
1984 Berbagai jenis pelarut diuji. Tiap pelarut
memberikan harga koefisien distribusi dan faktor separasi yang sangat beragam.
Beberapa karakteristik pelarut menentukan
toksisitas pelarut.
Penerapan ekstraksi
simultan meningkatkan produksi bioetanol.
Peningkatan toleransi ragi
Hu et al. 2003 Ion Mg
2+
mengurangi permeabilitas membran plasma dan meningkatkan toleransi etanol ragi.
Fermentasi non-steril
bioetanol non-eceng
gondok Larsen, 2012
Pada konsentrasi yang tidak terlalu tinggi, efek inhibisi dari inhibitor dalam larutan fermentasi
tidak terlalu mengganggu ragi, tetapi sangat menghambat pertumbuhan bakteri asam laktat
Pergeseran kesetimbangan
cair-cair akibat penambahan
garam Ghalami- Choobar et
al . 2011
Palei, 2010 Garam menggeser alkohol dari air ke solven
hidrofobik. Heterogenitas dan zona separasi juga meningkat.
Daur ulang bioetanol
non-eceng gondok
Weiss et al. 2013 Xue et al. 2012
Gumienna et al. 2011 Berbagai jenis daur ulang melalui immobilisasi
sel, enzim, padatan maupun daur ulang distilat telah dicoba. Hasil menunjukkan bahwa daur
ulang memberi kontribusi positif dalam proses.
Universitas Sumatera Utara
Kebanyakan penelitian-penelitian tersebut berfokus pada evaluasi metode proses, pengembangan mikroba fermentasi, ataupun optimisasi kondisi operasi.
Perkembangan aspek-aspek tersebut sangat dipengaruhi rekayasa genetika dimana mikroorganisme rekombinan dan enzim-enzim chimera telah dikembangkan.
Sementara aspek-aspek tersebut terus berkembang pesat, aspek-aspek lain seperti pemurnian etanol, peluang daur ulang total proses, dan peluang fermentasi non-steril
yang dapat mempengaruhi biaya operasi tampaknya masih kurang diteliti. Oleh karena itulah, penelitian ini lebih diarahkan pada aspek-aspek tersebut dengan
mengadaptasikan beberapa modifikasi dalam produksi bioetanol dari eceng gondok. Adapun modifikasi yang dimaksud meliputi:
1. Penggunaan produksi enzim on-site, 2. Perlakuan hidrolisis, fermentasi, dan ekstraksi secara simultan,
3. Penambahan magnesium sulfat mempengaruhi fermentasi dan ekstraksi, 4. Penerapan daur ulang hidrolisat fermentasi, dan
5. Dilangsungkannya daur ulang fermentasi secara non-steril.
1.2. Perumusan Masalah
Kategori