dan peralatan yang mahal Taherzadeh dan Karimi, 2008. Dalam penelitian ini, beberapa jenis praperlakuan dipilih dan dibandingkan untuk mengetahui metode
yang paling sesuai dengan prioritas kesederhanaan, keamanan, dan ramah lingkungan.
Gambar 2.3. Perubahan Struktur Mikro Akibat Praperlakuan Houghton et al. 2006
2.5.2. Metode Hidrolisis
Tahap hidrolisis mentransformasi selulosa ke gula terfermentasi. Dua metode umum hidrolisis adalah hidrolisis asam dan hidrolisis enzimatis. Metode hidrolisis
lain adalah hidrolisis termal yang sangat jarang digunakan. Hidrolisis enzimatis lebih dipilih karena bekerja pada suhu wajar, menghasilkan yield tinggi dengan jumlah
yang sedikit, merupakan senyawa alami yang dapat terbiodegradasi dan ramah lingkungan Wyman, 1994.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2. Berbagai Metode Praperlakuan
Metode Praperlakuan Keterangan
Literatur Praperlakuan asam: asam
encer, dan asam pekat Menghidrolisa hemiselulosa dan merusak struktur kristal selulosa, tapi
menghasilkan produk samping inhibitor, dan memerlukan peralatan tahan korosi. Biasanya menggunakan H
2
SO
4
, tetapi asam fosfat dikatakan menghasilkan lebih sedikit produk samping beracun dan
dapat digunakan pada reaktor baja antikarat. Jenis asam encer memberi yield rendah sedangkan jenis asam pekat menghasilkan produk
samping, mendegradasi selulosa dan memerlukan biaya daur ulang mahal.
Eshtiaghi et al. 2012 Merina dan Trihadinigrum,
2011 Satyanagalakshmi et al.
2011 Sornvoraweat dan
Kongkiattikajorn, 2010 Sassner et al. 2008
Praperlakuan alkalibasa Memisahkan lignin dan sebagian hemiselulosa, dan meningkatkan
reaktivitas selulosa. Biasanya menggunakan NaOH, CaOH
2
, urea atau Ammonia SAA, ARP. NaOH juga meningkatkan derajat
polimerisasi dan kristalinitas selulosa. Ammonia juga mengembangkan substrat yang tersisa.
Eshtiaghi et al. 2012 Aswathy et al. 2010
Taherzadeh dan Karimi 2008
Hamelinck et al. 2005 Teymouri et al. 2005
Praperlakuan dengan agen pengoksidasi:
hidrogen per-oksida, asam per asetat
Yield setinggi 98 berhasil dicapai. Saha dan Cotta, 2007
Teixeira et al. 1999 Gould, 1984
Praperlakuan dengan
pelarut organik Melarutkan lignin dan sebagian hemiselulosa tapi memerlukan
peralatan dengan tekanan tinggi. Pelarut organik yang sudah digunakan misalnya metanol, etanol, aseton, etilen glikol, trietilen glikol, dan
alkohol tetrahidrofurfuril. Yamashita et al. 2010
Pan et al. 2005
Steam explosion , ammonia
fiber expansion explosion,
acid catalyzed
steam explosion
Bahan dipanaskan pada suhu dan tekanan tinggi kemudian didekompresi ke tekanan atmosfir secara tiba-tiba. Masih belum
praktis karena butuh energi besar dan peralatan mahal. Huang et al. 2011
Hamelinck et al. 2003
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2. Berbagai Metode Praperlakuan lanjutan Metode Praperlakuan
Keterangan Literatur
Liquid Hot Water LHW
Menghidrolisa hemiselulosa menggunakan air bersuhu tinggi 160 – 190
o
C dan tekanan tinggi 30 bar.
Eshtiaghi et al. 2012 Kim et al. 2009
Perez et al. 2007 Hamelinck dan Faaij,
2006
Praperlakuan cairan ionik
Berbagai cairan ionik yang ada dapat diatur untuk melarutkan selulosa, ataupun lignin. Substrat dilarutkan dalam cairan ionik
dan dipanaskan kemudian dipresipitasi dengan antisolven. Proses ini merupakan teknologi baru dan lebih cocok untuk biomassa
berkayu. Muhammad et al. 2012
Sathitsuksanoh et al. 2012
Guragain et al. 2011 Lee et al. 2009
Granstorm et al. 2008 Kosan et al. 2008
Praperlakuan mikrobial Jamur akar putih, coklat, dan lunak Basidiomycetes telah
banyak digunakan untuk mendepolimerisasi substrat lignoselulosa tanpa banyak produk samping inhibitor
Chandel et al. 2011b Zhong et al. 2011
Cardona et al. 2007
Penggilingan Ekstrusi
Tanpa mempengaruhi lignin dan hemiselulosa, meningkatkan aksesibilitas dan merubah kristalinitas selulosa. Merupakan salah
satu metode paling efektif tetapi kurang cocok diterapkan di industri. Penggilingan dilakukan dalam hampir semua proses di
laboratorium. Harun et al. 2011
Merina dan trihadinigrum, 2011
Satyanagalakshmi et al. 2011
Eshtiaghi et al. 2012; Muhammad et al. 2012; Sathitsuksanoh et al. 2012; Chandel et al. 2011b; Geddes et al. 2011; Guragain et al. 2011; Harun et al. 2011; Huang et al. 2011; Joshi et al. 2011; Merina dan Trihadinigrum, 2011;
Satyanagalakshmi et al. 2011; Aswathy et al. 2010; Sornvoraweat dan Kongkiattikajorn, 2010; Kim et al. 2009; Lee et al
. 2009; Granstorm et al. 2008; Kosan et al. 2008; Neves et al. 2007; Hamelinck dan Faaij, 2006; Wyman, 1994
Universitas Sumatera Utara
Hidrolisis asam menggunakan berbagai asam mineral pada suhu tinggi, walaupun proses sering mendegradasi glukosa ke hidroksimetil furfural HMF dan
produk samping beracun lain, atau mencapai yield rendah. Harga asam, daur ulang, dan pengolahan limbahnya masih menjadi masalah dalam hidrolisis asam.
Gambar 2.4. Aktivitas Enzim dalam Hidrolisis Selulosa Wyman, 1994 Hidrolisis enzimatis memanfaatkan 3 kelompok enzim untuk berfungsi
dengan baik Lihat Gambar 2.4. Pertama, 1,4- -D-glukan glukanohidrolase EC
3.2.1.3 dan 1,4- -D-glukan 4-glukanohidrolase EC 3.2.1.4, dikenal sebagai endo-
1,4- -glukanase, memotong rantai selulosa secara acak. Kemudian, 1,4--D-glukan
glukohidroliase EC 3.2.1.74 dan 1,4- -D-glukan selobiohidroliase EC 3.2.1.91,
dikenal sebagai ekso-1,4- -glukanase berturut-turut membebaskan D-glukosa dan D-
selobiosa pada ujung selulosa. Akhirnya, -D-glukosidase EC 3.2.1.21, dikenal
Universitas Sumatera Utara
juga sebagai selobiase, mengubah selobiosa menjadi D-glukosa Joshi et al. 2011; Geddes et al. 2011; Neves et al. 2007; Wyman, 1994.
Selulase komersial dan produksi on-site selulase dapat digunakan. Kebanyakan glukanase diproduksi Trichoderma ressei jamur akar halus sedangkan
selobiase dari Aspergillus niger Barta et al. 2010 dalam Geddes et al. 2011; Kaur et al
. 2007 dalam Joshi et al. 2011.
Gambar 2.5. Berbagai Senyawa Turunan Hidrolisis Asam Chandel et al. 2011b Salah satu perbedaan terbesar hidrolisis asam dan enzim adalah produk
samping hidrolisis asam yang sangat beragam dan bersifat menginhibisi
Lignin Cellulose
Hemicellulose Others
Phenolics Vanillin,
Syringaldehyde, 4-
hydroxybenzoic acid, ferulic acid,
etc 5-hydroxymethyl
furfural HMF
Furfurals 5-hydroxymethyl
furfural HMF Weak acids
Acetic acid, Formic acid,
Levulinic acid Tannins
Terpenes Resins
Heavy metals Hibbert ketones
Universitas Sumatera Utara
pertumbuhan. Selain itu, jenis hidrolisis asam menghasilkan limbah dan memerlukan penanganan khusus. Oleh sebab itulah, proses hidrolisis yang digunakan dalam
penelitian ini menggunakan jenis hidrolisis enzim. Berbagai jenis produk samping hasil hidrolisis asam dapat dilihat pada Gambar 2.5.
2.5.3. Fermentasi dan Skema Proses Terpadu
