PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA PEMANFAATA (5)

PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA
PEMANFAATAN HEMISELULOSA PADA LIMBAH TANDAN KOSONG
KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN BAKU GULA XILITOL
MENGGUNAKAN KHAMIR CANDIDA TROPICALIS

Bidang Kegiatan :
PKM Gagasan Tertulis
Diusulkan Oleh :
Ketua Kelompok

:

Anggota kelompok :

Affan Iqbal

( G84080022/2010)

1. Taufik Rais

( F24080055/2010)

2. Ayu Fitriana ( H44080050/2010)

INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2010

i

Ringkasan
Limbah tandan kosong kelapa sawit (TKKS) di Indonesia yang jumlahnya
sangat banyak, menyimpan potensi untuk dimanfaatkan menjadi produk gula
yang bernilai tinggi yaitu xilitol. Kandungan hemiselulosa pada limbah ini
mencapai 28% berat kering. Hemiselulosa tersebut menghasilkan (±) 33% xilosa
sehingga sangat potensial jika diproses menjadi gula xilitol.
Proses produksi xilitol pada awalnya menggunakan teknik hidrogenasi
xilosa murni yang mahal dan sulit. Tapi dengan ditemukannya proses
bioteknologi fermentasi yang memanfaatkan metabolisme khamir. Proses konversi
menjadi lebih murah dan efesien.
Abstract

Waste of Oil palm empty-fruit-bunch (TKKS) in Indonesia is in great
number, it has potential to be used to produce high-value sugar , xilitol.
Hemicellulose content of the waste reached 28% dry weight. Hemicellulose yield
(±)33% xilosa so nothing to lose if xilitol processed into sugar.
Ordinarily , xilitol production using hydrogenation techniques pure xilosa
is expensive and difficult. But with fermentation biotechnology processes that use
yeast metabolism. production processes becomes cheaper and more efficient.

ii

Lembar Pengesahan
1. Judul Kegiatan

: Pemanfaatan Hemiselulosa pada Tandan
Kosong Kelapa Sawit sebagai Bahan Baku
Gula Xilitol Menggunakan Khamir Candida
tropicalis

2. Bidang Kegiatan

: (

) PKM-AI

( √ ) PKM-GT

3. Ketua Pelaksana Kegiatan
a. Nama Lengkap

: Affan Iqbal

b. NRP

: G84080022

c. Departemen

: Biokimia

d. Perguruan Tinggi

: Institut Pertanian Bogor

e. Alamat Rumah dan HP : Desa Megale, Kedungadem, Bojonegoro
085641409380
f. Alamat email

: van.iqbal@gmail.com

4. Anggota Pelaksana Kegiatan

: 2 orang

5. Dosen Pembimbing
a. Nama Lengkap

: Dr. Laksmi Ambarsari

b. Alamat Rumah dan HP : Kampus IPB Gunung Gede,
Jl Pajajaran Bogor 08156036490

Bogor, 24 Maret 2010
Menyetujui,
Ketua Departemen,

Ketua Pelaksana Kegiatan,

Dr. Ir. I Made Artika, M.App.Sc
NIP. 19630117 198903 1 000
Wakil Rektor Bidang
Akademik dan Kemahasiswaan,

Affan Iqbal
NRP. G84080022
Dosen Pembimbing,

Prof. Dr. Yonny Koesmaryono, MS
NIP. 19581228 198503 1 003

Dr. Laksmi Ambarsari
NIP. 19601118 199403 2 001

iii

Kata Pengantar
Segala puji dan syukur kami haturkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa
atas

segala

limpahan

rahmat

dan

hidayah-Nya

sehingga

kami

dapat

menyelesaikan karya tulis yang berjudul Pemanfaatan Hemiselulosa pada Tandan
Kosong Kelapa Sawit sebagai Bahan Baku Xilitol Menggunakan Khamir
Candida tropicalis.
Karya tulis ini ditujukan untuk mengikuti Program Kreativitas Mahasiswa
Gagasan Tertulis (PKM-GT) 2010 yang diadakan oleh DIKTI. Melalui karya tulis
ini, penulis ingin memberikan solusi terhadap permasalahan dari limbah Tandan
Kosong Sawit yang melimpah dan belum termanfaatkan secara optimal.
Ucapan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kami
sampaikan kepada Dr. Laksmi Ambarsari selaku dosen pendamping yang telah
memberikan banyak bimbingan dan arahan kepada kami dalam penyusunan
proposal gagasan tertulis ini. Tidak lupa penulis juga mengucapkan terima kasih
kepada semua pihak yang telah membantu dan memberikan dukungan pada kami.
Kami menyadari terdapat banyak kekurangan baik dari segi materi,
ilustrasi, contoh, dan sistematika penulisan dalam pembuatan proposal ini. Oleh
karena itu, saran dan kritik dari para pembaca yang bersifat membangun sangat
kami harapkan. Besar harapan kami proposal ini dapat diapresiasi sehingga dapat
bermanfaat baik bagi kami sebagai penulis dan bagi pembaca pada umumnya

terutama bagi dunia industri gula Indonesia.

Bogor, 23 Maret 2010
Penulis
Affan Iqbal
Ayu Fitriana
Taufik Rais

iv

DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ……………………………………………

i

LEMBAR PENGESAHAN

……………………………………

ii

RINGKASAN.................................................................................

iii

KATA PENGANTAR ………………………………………….

vi

DAFTAR ISI …………………………………………………...

v

PENDAHULUAN …………………………………………….

1

Latar belakang

.........................................................................

1

Rumusan Masalah……………………………………………....

2

Tujuan

………………………………………………………...

2

Manfaat ……………………………………………………….

2

TINJAUAN PUSTAKA
Tandan Kosong Kelapa Sawit......................................................

3

Xilitol ...........................................................................................

3

Candida tropicalis.........................................................................

4

Produksi Xilitol oleh Khamir........................................................

4

GAGASAN ……………………………………………………..

5

SIMPULAN DAN SARAN .…………………………................

7

DAFTAR PUSTAKA

8

………………….......................................

DAFTAR RIWAYAT HIDUP PENULIS......................................

9

DAFTAR RIWAYAT HIDUP DOSEN PEMBIMBING...............

10

DAFTAR TABEL
Tabel 1. Produksi sawit dunia...........................................................

2

Tabel 2. Komposisi kimia dari TKKS...............................................

3

DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Produksi xilitol secara bioteknologi ..............................

6

Gambar 2,3,4 contoh aplikasi xilitol................................................

7

v

1

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Indonesia adalah negara penghasil sawit terbesar dunia, dengan produksi
minyak sawit puluhan juta ton tiap tahunnya , bahkan mencapai 19,2 juta ton pada
tahun 2008. Tentu pada pengolahannya tidak hanya minyak sawit yang dihasilkan,
produk samping berupa limbah dihasilkan dalam jumlah puluhan juta ton. Bagian
terbanyak dari limbah adalah tandan kosong kelapa sawit (TKKS) yang saat ini
menumpuk hingga

20 juta ton.

Jumlah

yang sangat banyak dan dapat

menimbulkan masalah lingkungan. Jumlah tersebut akan terus bertambah bila
belum ada usaha untuk memanfaatkannya secara optimal. Dari penelitian yang
dilakukan oleh Kwei_Nam-Law diketahui bahwa dalam TKKS mengandung
Hemiselulosa sebanyak 28 persen. Dari 28 persen tersebut mengandung xilosa
sebanyak 33 persen. Dari data tersebut dapat disimpulkan bahwa limbah TKKS
memilki potensi yang besar jika dimanfaatkan untuk industri gula Xilitol. Potensi
ini ditunjang dengan fakta bahwa xilitol memiliki manfaat di berbagai bidang
industri seperti makanan dan obat-obatan dan sudah dipakai secara luas di hampir
seluruh negara di dunia, seperti Eropa, Amerika, serta Asia, sehingga xilitol
mempunyai peluang besar untuk komoditi ekspor yang unggul. Produksi Xilitol
dari hemiselulosa melalui cara konvensional memang memerlukan biaya yang
cukup tinggi karena selain

diperlukan energi yang tinggi juga bahan baku

utamanya adalah xilosa murni, serta xilitol yang dihasilkan pun masih
memerlukan proses pemurnian untuk memenuhi standar pada industri obat dan
makanan yang menyebabkan meningkatnya biaya produksi . Maka diperlukan
proses bioteknologi dengan memanfaatkan mikroorganisme untuk mengganti
proses produksi kimia yang diharapkan lebih ekonomis. Dari hasil penelitian Tom
Granstorm (2002) bahwa mikroorganisme terbaik untuk memproduksi Xilitol
adalah khamir Candida tropicalis.

2

Rumusan Masalah
Potensi limbah tandan kosong sawit belum dimanfaatkan secara optimal.
Dengan diketahuinya kandungan hemiselulosa yang tinggi pada limbah TKKS,
limbah ini dapat dimanfaatkan untuk memproduksi gula Xilitol dalam skala
industri.
Tujuan Penulisan
Penulis mempunyai tujuan untuk memaksimal potensi limbah TKKS
dengan memanfaatkannya sebagai bahan alternatif untuk produksi gula Xilitol
dalam skala industri.
Manfaat Penulisan
Dari gagasan ini diharapkan pemerintah dapat mengetahui potensi dari
limbah TKKS untuk bahan baku industri xilitol yang memiliki peluang besar
sebagai komoditi ekspor yang unggul.
Tabel 1. industri kelapa sawit dunia

3

TINJAUAN PUSTAKA
Tandan Kosong Sawit
Tabel. Chemical Constituents in OPEFB
Constituent
Extractives
acid-insoluble lignin
ash-free acid-insoluble
lignin
Ash
hot-water soluble
1% NAOH soluble
Holocellulose
Cellulose
Hemicellulose
Arabinose
Xylose
Mannose
Galactose
Glucose

% of dry
OPEFB
3.7 ± 0.3
18.8 ± 0.3
17.8 ± 0.2
1.3 ± 0.2
7.5 ± 0.8
14.5 ± 2.7
82.4 ± 1.4
62.9 ± 2.0
28.0
2.5 ± 1.1
33.1 ± 2.6
1.3 ± 0.01
1.0 ± 0.0
66.4 ± 3.7

Reference
Khoo & Lee
Law & Jiang
1991
2001
0.9
2.8
17.2
17.6
0.7
2.8
17.2
70.0
42.7
32.5 (Leh, 2002)
-

3.8
9.3
29.9
86.3
-

Pada tabel diatas dijabarkan mengenai komposisi penyusun kimia TKKS,
kandungan hemiselulosanya sebesar 28 persen, dan dari 28 persen tersebut
mengandung (+-) 33.1 persen.
Xilitol
Xilitol adalah salah satu satu gula pemanis termahal dan memiliki banyak
manfaat dibidang kesehatan yang telah diakui oleh pasar dunia. Gula ini cocok
untuk penderita diabetes (Makinen, 2000) karena gula ini memiliki tingkat
kemanisan yang setara dengan gula sukrosa namun nilai kalorinya (40%) lebih
rendah. Xilitol adalah gula berkarbon lima yang tidak dapat difermentasi oleh
bakteri S.mutans penyebab kerusakan gigi, sehingga bersifat nonkariogenik yang
aman untuk kesehatan gigi. (Uhari et al.1996) Sifat fisik dari xilitol adalah stabil
pada suhu tinggi hingga 180 °C sehingga tidak mudah mengalami karamelisasi,
stabil secara kimia karena tidak mengalami reaksi mailard atau browning., stabil
pada pH tinggi maupun rendah dan mudah larut dalam air. Untuk pengembangan

4

produk pangan, sifat-sifat tesebut sangat cocok. Aplikasi xilitol pada produk
pangan antara lain pada permen karet. Di negara Jepang, Xilitol termasuk salah
satu dari 12 komponen bahan makanan yang dapat memberikan efek menyehatkan
tubuh atau lebih dikenal dengan istilah makanan fungsional. Dari sifat xilitol yang
rendah kalori, non kariogenik, dan insulin-independent (dapat dimetabolisme
tubuh tanpa melibatkan insulin), xilitol dapat diaplikasikan pada bidang farmasi
yaitu pada produk-produk kesehatan gigi dan produk yang ideal bagi penderita
diabetes biasa maupun diabetes insulin-dependent. (Emodi 1978; Tochampa et
al.2005)..
Candida tropicalis
Produksi xilitol dengan memanfaatkan mikroorgasime berupa khamir
memiliki kelebihan dari

segi ekonomi daripada produksi dengan cara

konvensional yaitu secara kimia yang membutuhkan biaya yang mahal. Menurut
hasil penelitian Tom Granstorm (2002) mikroorganisme terbaik untuk
memproduksi Xilitol adalah khamir Candida tropicalis. Penyebaran khamir
Candida tropicalis sangat mrlimpah di alam, tapi umumnya Candida diisolasi
dari tanah, air laut, produk fermentasi, dan hewan berdarah dingin. Taksonami
dari khamir ini adalah Kingdom: Fungi, Filum:Deuteromycotina ,Famili:
Tarulopsidaceae, Genus: Candida, Spesies: Candida tropicalis.

Produksi Xilitol oleh Khamir
Xilitol diproduksi dengan memanfaatkan metabolisme khamir

yaitu

dengan mengonversi xilosa menjadi D-xilulosa melalui reaksi oksidoreduktif yang
terdiri dari dua rangkaian reaksi. Xilosa adalah gula pentosa utama yang terdapat
pada lignoselulosa. Candida tropicalis menggunakan D- xilosa melalui dua reaksi
oksidoreduktif

enzimatik

dengan

xylose

reduktase

(XR)

dan

xylitol

dehydrogenase (XDH). Xilosa reduktase (XR) mengkatalis reduksi D- xilosa
menjadi xilitol, dan XDH mengkatalis oksidasi xilitol menjadi D-xilulosa. Dxilulosa diubah menjadi D- xilulosa 5- fosfat oleh enzim xilulosa kinas, dan
kemudian masuk dalam siklus heksosa monofosfat. Jadi xilitol merupakan bahan

5

prekursor pada system metabolisme Candida tropicalis .xilitol diperoleh
maksimal saat fase eksponensial atau fase log. Produsi xilitol ini dipengaruhi oleh
beberapa faktor, yaitu pH, temperature, konsentrasi substrat dan ko-substrat, dan
aerasi.(Yulianto 2006). Hasil optimum xilitol diperoleh saat temperature pada
kisaran 28-30°C (parajo et al. 1998). Candida tropicalis menghasilkan 84,5 g/L
xilitol dari 150 g/L xilosa(Yahashi et al. 1996). Menurut hasil penelitian Puspa
Julistia Puspita ( mahasiswa Biokimia IPB 2009) kondisi optimum untuk produksi
xilitol dengan Candida tropicalis adalah waktu optimum inkubasi 48 jam,
konsentrasi optimum xilosa sebesar 70 g/L dengan hasil produksi xilitol 14.08
g/L.
GAGASAN
Gagasan penulisan ini didasarkan pada kondisi saat ini bahwa di Indonesia
terdapat limbah produksi perkebunan yang jumlahnya luar biasa banyak yaitu
tandan kosong kelapa sawit (limbah dari pengolahan sawit) yang memiliki potensi
untuk diproses menjadi produk gula xilitol. Hal tersebut dikorelasikan dengan
produksi

gula nasional yang mengalami defisit dan potensi xilitol sebagai

komoditi ekspor. Peluang ini juga ditunjang dengan ditemukannya proses
produksi xilitol yang lebih murah dari pada proses hidrogenasi xilosa
murni(konvensional) yang mahal, yaitu dengan memanfaatkan metabolisme
khamir Candida tropicalis pada substrat xilosa. Xilosa didapat dari hidrolisis
menggunakan asam pada hemiselulosa yang diambil dari limbah TKKS. Metode
yang digunakan untuk produksi xilitol ini adalah dengan menggunakan xilosa
sebagai substrat fermentasi yang dinkubasi selama 48 jam. Untuk jelasnya dapat
dilihat gambar diagram ini.

6

Gambar 1. Produksi xilitol dengan bioteknologi

Produksi xilitol dengan bahan baku limbah tandan kosong kelapa sawit (TKKS)
terlihat sangat berpotensi jika dilihat dari analisa perhitungan komposisi pada tiap
tahap produksinya, yaitu:
-

perkebunan Indonesia tiap tahun menghasilkan rata-rata 20 ton tandan
buah segar (TBS) per Ha

-

luas area perkebunan sawit indonesia adalah 7.9 juta Ha, jadi produksi
TBS tiap tahun adalah 7.9 juta x 20 ton = 158 juta ton

-

pada produksi minyak sawit,tiap TBS menghasilkan TKKS sebanyak 22%,
jadi jumlah TKKS tiap tahun 158 juta ton x 22/100 = 34,76 juta ton

-

ekstraksi TKKS

menghasilkan

28%

hemiselulosa,

maka

jumlah

hemiselulosa adalah 34.76 juta ton x 28/100= 9.732.800 ton
-

hemiselulosa diekstraksi menghasilkan xilan yang bila dihidrolisis dengan
asam menghasilkan (±) 33% xilosa, jumlah xilosa adalah 9.732.800 ton x
33/100 = 3.211.824 ton

7

-

xilosa kemudian dijadikan substrat fermentasi khamir Candida tropicalis
dengan konsentrasi 70 g /L dihasilkan 14.08 g/L xilitol atau sebanyak
20% dari xilosa. Maka jumlah xilitol adalah 3.211.824 ton x 20/100 =
624.364,8 ton tiap tahunnya.

Jumlah 624.364,8 ton sangat banyak bila dibandingkan dengan Cina sebagai
produsen xilitol terbesar dunia yang tiap tahunnya hanya menghasilkan 10.00013.000 ton xilitol. Beberapa aplikasi produk dari xilitol
Gambar 2,3,4. Aplikasi produk gula xilitol

SIMPULAN DAN SARAN
Besarnya jumlah limbah biomassa tandan kosong kelapa sawit saat ini
belum dimanfaatkan secara optimal. Kandungan senyawa hemiselulosa yang
tinggi memunculkan potensi pemanfaatannya sebagai bahan baku gula xilitol
yang bernilai tinggi dan beragam manfaatnya. Dari analisis perkiraan kapasitas
produksi gula xilitol yang didasarkan pada ketersediaan TKKS per tahun dan
proses produksinya. Indonesia mampu menjadi negara pengekspor xilitol terbesar
Dunia.
Gagasan pemanfaatan limbah TKKS di Indonesia sebagai bahan baku gula
xilitol belum ada, sehingga sangat baik jika pihak-pihak dibidang industri minyak
kelapa sawit dan industri gula memanfaatkan potensinya sebagai komoditas
ekspor yang bernilai tinggi

8

DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2010. Harga TBS petani tertekan. Kompas Cetak. [ terhubung berkala].
http://cetak.kompas.com/read/xml/2010/03/22/03331938/harga.tbs.petani
tertekan. [23 maret 2010].
Granstrom T. 2002.Biotechnological production of xylitol with Candida yeast,
Phd thesis, Helsinki University of Technology, Findland.
Law et al. 2007. Oil palm empty-fruit-bunch. BioResource 2(3). 351-362
Puspita, PJ. 2009. Optimasi Konsentrasi Xilosa dan Glukosa Untuk
Produksi Xilitol oleh Candida tropicalis. [ penelitian ].Bogor:Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor; 2009.
Rao RS et al. 2006. Xylitol production from corn .fiber and sugarcane bagasse
hydrolysates by Candida tropicalis. Bioresource Technology. 97:1974 1978
Reza. 2008. Sawit Unggul Mampu Hasilkan 35 Ton TBS.[terhubung berkala].
http://perkebunan.kaltimprov.go.id/content.php?kebun=berita&code=2&vi
ew=99 [23 maret 2010].
Richana, Nur et al. Isolasi Identifikasi Bakteri Penghasil Xilanase serta
Karakterisasi Enzimnya. Jurnal AgroBiogen 4(1):24-34
Sampaio FC et al. 2003. Screening of filamentous fungi for production of xylitol
from D- xylose. Brazillian Journal of Microbiology. 34:325-328
Uhari M, Kontiokori T, Koskela M, Niemela M. 1996. Xylitol chewing gum in
prevention of acute otitis media: double blind randomized trial. BrMed J
313: 1180-1184.
Wiknkelhausen E, Pittman P, Kuzmanova S, Jeffries TW.1996. Xylitol formation
by Candida boidini in oxygen limited chemostat culture.Biotechnology
Letters. 7 : 753-758
Yahashi Y et al. 1996. Production of xylitol fromD-xylose by Candida tropicalis
the effect of D-glucose feeding. Journal of Fermentation and
Bioengineering 81: 148-152
Yulianto WA, KR Kuswanto, Tranggono, Retno I. 2006. Kinetika fermentasi pada
produksi xilitol dengan penambahan arabinosa dan glukosa sebagai kosubstrat oleh Candida shehatae WAY 08. Jurnal Teknologi dan Industri
Pangan, Vol.16 No.3.

9

DAFTAR RIWAYAT HIDUP PENULIS
Ketua pelaksana
Nama Lengkap

: Affan Iqbal

NRP

: G84080022

Tempat, tanggal lahir

: Bojonegoro, 13 November 1989

Departemen/Fakultas

: Biokimia / Fakultas Matematika dan IPA

Universitas

: Institut Pertanian Bogor

Alamat

: Desa Megale, Kedungadem, Bojonegoro

Telepon

: 085641409380

Anggota
1. Nama Lengkap

: Taufik Rais

NRP

: F24080055

Tempat, tanggal lahir

: Semarang, 16 juli 1990

Departemen/Fakultas

: Teknologi Pangan /
Fakultas Teknologi Pertanian

Universitas

: Institut Pertanian Bogor

Alamat

: Semarang

Telepon

: 085641102239

2. Nama Lengkap

: Ayu Fitriana

NRP

: H44080050

Tempat, tanggal lahir

: Bojonegoro, 4 Maret 1990

Departemen/Fakultas

: Ekonomi Sumberdaya dan Lingkungan /
Fakultas Ekonomi dan manajemen

Universitas

: Institut Pertanian Bogor

Alamat

: Jl. Kapten Ramli 107 Bojonegoro

Telepon

: 085645549882

10

DAFTAR RIWAYAT HIDUP DOSEN PEMBIMBING
Nama Lengkap

: Dr. Laksmi Ambarsari

NIP

: 19601118 199403 2 001

Tempat, Tanggal Lahir

: Bandung, 18 November 1960

Agama

: Islam

Alamat Surat
Telepon/Fax
E-mail
Telepon/Hp

: Kampus IPB Gunung Gede, Jl Pajajaran Bogor
: 0251-323166/0251-323166
: ami_icha@yahoo.com
: 08156036490

Bidang Minat

: Bio Molekul

Jabatan

: Fungsional Lektor III c Departemen Biokimia IPB

Riwayat Pendidikan

:

Pendidikan S3

Departemen Kimia
Bidang studi Biokimia/Rekayasa Protein
Institut Teknologi Bandung, 2006
Departemen Kimia,
Bidang studi Biokimia/Enzimologi
Institut Teknologi Bandung, 1992
Departemen Kimia
Institut Teknologi Bandung,1987

Pendidikan S2
Pendidikan S1
Penelitian

:

1. Isolasi, produksi, dan karakterisasi enzim glukosa isomerase (1989 –
1991)
2. Amobilisasi dan pemurnian enzim glukosa isomerase (1991 – 1992)
3. Sintesis dan isolasi produk-produk reaksi Maillard sebagai inhibitor
pertumbuhan mikroba (1993 – 1994)
4. Optimasi Downstream proses dan karakterisasi enzim dekstranase
(1994)
5. Perbaikan strain mikroba secara DNA rekombinan untuk optimasi
produksi L-lisin dan L-metionin (1995)
6. Pembuatan produksi reaksi Maillard sebagai zat anti bakteri yang murah
untuk menghambat kerusakan tebu pada pasca panen (1996)
7. Mutasi pada gen yang mengkode DNA polymerase (2000)