Perbandingan Rendemen Gula Pereduksi antara Hidrolisis Enzimatik dan Gelombang Mikro

Efek positip hidrolis asam-gelombang mikro telah dilaporkan dalam hidrolisis asam-gelombang mikro bambu dengan pra-perlakuan biologis bab 4. Terjadi peningkatan rendemen gula pereduksi dari hidrolisis asam- gelombang mikro pada pra-perlakuan biologis sebesar 6.74 kali dibandingkan dengan hidrolisis enzimatik simpulan bab 4. Mempertimbangkan hasil ini, studi ini sebagai upaya untuk meningkatkan rendemen gula pereduksi dari bambu dengan pra-perlakuan gelombang mikro. Selain itu, efektifitas metode pra-perlakuan biologis dan gelombang mikro dapat dibandingkan. Untuk proses hidrolisis, asam sulfat umumnya digunakan sebagai katalis Aguilar et al. 2002. Studi sebelumnya Aguilar et al .2002; O’Brein et al. 2004 melaporkan bahwa konsentrasi asam sulfat optimal untuk menghidrolisis bahan berlignoselulosa adalah 1-6, sehingga studi ini menggunakan konsentrasi asam pada kisaran tersebut. Rendemen gula pereduksi berdasarkan bambu awal dan bambu setelah pra-perlakuan dengan atau tanpa penambahan karbon aktif disampaikan pada Gambar 6.2. Terdapat peningkatan rendemen gula pereduksi yang tinggi pada sampel setelah pra-perlakuan dibandingkan dengan kontrol. Hal ini menunjukkan bahwa pra-perlakuan merupakan metode yang efektif untuk memperbaiki ketercernaan substrat. Gambar 6.2. Rendemen gula pereduksi berbasis bambu awal tanpa karbon aktif A, dan dengan karbon aktif B 5 10 15 20 25 30 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 5 7.5 10 12.5 Iradiasi menit Kontrol 5 min 330 W 10 min 330 W 12.5 min 330 W 2 4 6 8 10 12 14 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 B 5 7.5 10 12.5 Iradiasi menit Kontrol 5 min 330 W 10 min 330 W 12.5 min 330 W 5 min770 W 1 H2SO4 1 H2SO4 5 H2SO4 A 5 H2SO4 Peningkatan waktu iradiasi dalam hidrolisis asam-gelombang mikro cenderung meningkatkan rendemen gula pereduksi. Waktu iradiasi selama 5 dan 7.5 menit hanya menghasilkan rendemen gula pereduksi yang rendah dibawah 5; sedangkan peningkatan signifikan rendemen gula pereduksi diperoleh dalam waktu iradiasi 10 dan 12.5 menit. Bambu dengan iradiasi gelombang mikro selama 12.5 menit pada daya 330 W, menunjukkan rendemen gula pereduksi yang tertinggi 25.81 dari bambu awal atau 27.12 bambu setelah pra-perlakuan dalam hidrolisis asam-gelombang mikro dengan konsentrasi asam 1. Holoselulosa yang dapat dikonversi menjadi gula pereduksi sebanyak 37.92 atau 36.12 dari rendemen gula pereduksi teoritis dari bambu awal. Data ini membuktikan bahwa hidrolisis asam-gelombang mikro dapat memperbaiki rendemen gula pereduksi dari bambu setelah pra-perlakuan. Rendemen ini meningkat 6.2 kali dibandingkan dengan rendemen gula pereduksi tertinggi dari hidrolisis enzimatis menggunakan enzim selulase 20 FPUg Tabel 6.1. Rendemen ini hampir sama dengan rendemen hidrolisis asam-gelombang mikro selama 10 menit 24.82 dari bambu awal atau 25.56 bambu setelah pra-perlakuan. Tabel 6.1. Perbedaan rendemen gula pereduksi antara hidrolisis enzimatis dan gelombang mikro Metode Rendemen gula pereduki RGP Kondisi pra- perlakuan gelombang mikro Kondisi hidrolisis Peningkatan x Terha dap kontrol Terha dap RGP terting gi dari EH Per bambu awal Hidrolisis enzimatis EH Kontrol 2.52 5 min 770 W 20 FPU 48 jam - - Pretreat ment 4.24 1.68 - Hidrolisis gelombang mikro MGM Kontrol 6.42 12.5 min 330W 12.5 min 330 W 4.02 6.09 1 H 2 SO 4 25.81 Kontrol 9.82 5 min 770 W 12.5 min 330 W 2.68 6.20 5 H 2 SO 4 26.27 Peningkatan konsentrasi asam dapat memperbaiki rendemen gula pereduksi, dimana pra-perlakuan gelombang mikro selama 5 menit 770 W menghasilkan rendemen gula pereduksi yang tertinggi 26.27 dari bambu awal atau 26.78 dari bambu setelah pra-perlakuan dalam hidrolisis asam -gelombang mikro selama 12.5 menit. Pra-perlakuan ini dapat mengkonversi 37.45 holoselulosa menjadi gula pereduksi atau setara dengan 36.78 dari maksimum potensi gula yang dapat dihasilkan. Hal ini mengindikasikan bahwa peningkatan konsentrasi asam hanya sedikit berpengaruh terhadap rendemen gula pereduksi. Oleh karena itu, penggunaan konsentrasi asam 1 tampaknya lebih baik daripada konsentrasi asam 5, dengan mempertimbangkan biaya produksi dan efek terhadap lingkungan. Rendemen gula pereduksi tertinggi diperoleh pada pra-perlakuan gelombang mikro menggunakan hidrolisis asam 1 ini meningkat 1.5 kali dan 2.4 kali lebih tinggi daripada hidrolisis asam- gelombang mikro bambu setelah pra-perlakuan biologis menggunakan jamur TV bab 5 dan PC Fatriasari dan Anita 2012. Peningkatan konsentrasi asam menunjukkan pengaruh yang berbeda antara pra-perlakuan gelombang mikro dan pra-perlakuan biologis dalam hidrolisis asam- gelombang mikro. Berdasarkan hasil studi ini, perubahan struktur bambu setelah pra-perlakuan memfasilitasi perbaikan kinerja hidrolisis gelombang mikro. Hal ini karena peningkatan luas permukaan dan ukuran pori, pelunakan substrat dan depolimerisasi sebagian lignin serta perusakan kompleks lignin-karbohidrat dalam lignoselulosa Conde-Meija et al. 2012 lebih berpengaruh efektif daripada kehilangan lignin dan hemiselulosa pada bambu dengan pra-perlakuan biologis bab 2. Aplikasi karbon aktif dalam hidrolisis asam-gelombang mikro cenderung menurunkan rendemen gula pereduksi. Hasil ini sejalan dengan hidrolisis asam-gelombang mikro bambu setelah pra-perlakuan biologis bab 4.3. Fenomena ini berhubungan dengan adsorpsi oligomer dipermukaan karbon aktif, sehingga bagian ini tidak ikut dihidrolisis Hermiati 2012. Lebih lanjut, karbon aktif dengan kapasitas adsorpsi rendah menunjukkan laju hidrolisis yang tinggi dan dapat menurunkan suhu hidrolisis sebesar 10-30  C, sedangkan yang memiliki kapasitas adsorpsi tinggi memiliki kencenderungan sebaliknya. Hidrolisis pati memiliki hubungan yang terbalik dengan kapasitas adsorbsi dalam fase cair Matsumoto et al. 2011. Lebih lanjut, penggunaan karbon aktif telah terbukti meningkatkan rendemen glukosa dari hidrolisis gelombang mikro pada onggok dalam medium air, namun tidak dalam medium asam Hermiati et al. 2012a.

6.3.2 Pengaruh Penambahan Karbon aktif terhadap Senyawa Coklat

dan Nilai pH Penggunaan hidrolisat dengan konsentrasi inhibitor yang rendah penting diperoleh jika media akan digunakan untuk fermentasi Aguilar et al. 2002. Oleh karena itu, detoksifikasi hidrolisat asam diperlukan untuk menghilangkan senyawa toksik dalam tahap fermentasi. Diantara beberapa teknik untuk mengurangi kadar inhibitor, karbon aktif telah dilaporkan mampu menurunkan turunan furan, penolik dan asam asetat masing-masing sebesar 38.7, 57 dan 68.8 Chandel et al. 2007. Penggunaan karbon aktif pada hidrolisat asam dari corn hull memberikan penurunan 92.3 dalam total senyawa fenolik dan menghilangkan warna coklat gelap dalam hidrolisat Seo et al. 2009. Turunan furan menyebabkan penurunan permeabilitas membran sehingga menghasilkan pertumbuhan sel yang lebih panjang Larsson et al. 1999 dan lebih produktif dalam produksi etanol Palmqvist et al. 1999. Selain itu, turunan furan pada tingkat 500 mgL mulai menghambat produksi bioetanol OBrein et al. 2004. Senyawa coklat termasuk dalam turunan furan yang terbentuk dalam hidrolisis asam-gelombang mikro dengan atau tanpa karbon aktif ditunjukkan oleh Gambar 6.3. Furfural dan 5-HMF merupakan produk perantara dalam reaksi Maillard antara asam amino dan glukosa Hermiati 2012. Dibandingkan dengan kontrol, bambu dengan pra-perlakuan gelombang mikro menurunkan absorbansi senyawa coklat. Hal ini berarti pra-perlakuan gelombang mikro memberikan pengaruh positip terhadap penurunan absorbansi senyawa coklat. Selain itu, peningkatan waktu iradiasi pada pra-perlakuan gelombang mikro sampai 10 menit mendorong penurunan absorbansi senyawa coklat. Namun, iradiasi yang lebih lama sampai 10 menit dalam hidrolisis asam-gelombang mikro dengan konsentrasi asam 1 mempengaruhi peningkatan absorbansi senyawa coklat. Efek penambahan karbon aktif dalam hidrolisis asam-gelombang mikro mampu menurunkan absorbansi senyawa coklat Gambar 6.3B. Data ini memperkuat studi sebelumnya yang melaporkan efek positip penambahan karbon aktif untuk menurunkan bahan yang bersifat toksik dalam hidrolisat seperti senyawa coklat. Pada kondisi 12.5 menit pada daya 330 W menghasilkan rendemen gula pereduksi tertinggi, meskipun absorbansi senyawa coklat cenderung menurun namun rendemen gula pereduksinya juga menurun. Hal ini berkaitan dengan kemungkinan pembentukan produk degradasi sekunder lain seperti 5-HMF dan asam asetat. Gambar 6.3. Senyawa coklat yang terbentuk selama hidrolisis asam- gelombang mikro tanpa karbon aktif A dan dengan karbon aktif B 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 5 7.5 10 12.5 5 7.5 10 12.5 H2SO4 1 H2SO4 5 A b sor b an si Iradiasi menit Kontrol 5 min 330 W 10 min 330 W 12.5 min 330 W 5 min 770 W 0,2 0,4 0,6 0,8 1 5 7.5 10 12.5 5 7.5 10 12.5 H2SO4 1 H2SO4 5 A b sor b an si Iradiasi menit Kontrol 5 min 330 W 10 min 330 W 12.5 min 330 W 5 min 770 W A B Selama hidrolisis asam-gelombang mikro, pH hidrolisat menurun setelah bambu diiradiasi gelombang mikro Gambar 6.4. Peningkatan iradiasi gelombang mikro dan konsentrasi asam dari kontrol dalam proses hidrolisis asam-gelombang mikro cenderung menurunkan pH hidrolisat. Hal ini berkaitan dengan kemungkinan proses dekomposisi selama proses hidrolisis untuk membentuk asam organik sebagai produk degradasi karbohidrat. Hasil yang sama dilaporkan oleh Hermiati 2012, dan Khan et al.1979. Lebih lanjut, pembentukan asam format, asam asetat, asam propionik, asam isovaleric, asam isobutyric, asam valeric isoproic, dan asam caproic selama pemanasan dikarenakan oksidasi udara dari senyawa aldehida telah dilaporkan oleh Lorenz dan Johnson 1972. Terdapat sedikit peningkatan nilai pH hidrolisat seiring dengan peningkatan waktu iradiasi dan penambahan karbon aktif yang mungkin berkaitan dengan efek penghambatan dari pembentukan produk samping selama hidrolisis asam- gelombang mikro. Gambar 6.4 pH yang terbentuk selama hidrolisis asam-gelombang mikro tanpa karbon aktif A, dan dengan karbon aktif B

6.4 Simpulan

Peningkatan rendemen gula pereduksi terhadap kontrol yang dihasilkan oleh hidrolisis asam-gelombang mikro 25.81 lebih tinggi 0,5 1 1,5 2 5 7.5 10 12.5 5 7.5 10 12.5 H2SO4 1 H2SO4 5 pH Iradiasi menit Kontrol 5 min 330 W 10 min 330 W 12,5 min 330 W 5 min 770 W 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 5 7.5 10 12.5 5 7.5 10 12.5 H2SO4 1 H2SO4 5 pH Iradiasi menit Kontrol 5 min 330 W 10 min 330 W 12.5 min 330 W 5 min 770 W A B