Pengaruh Waktu Sakarifikasi pada Pembuatan Glukosa dari Subtrat Kulit Pinang (Areca catechu L.) Menggunakan Aspergillus Niger
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Selulase dimanfaatkan dalam proses fermentasi dari biomassa menjadi
biofuel, seperti bioethanol. Saat ini, enzim selulase juga digunakan sebagai
pengganti bahan kimia pada proses pembuatan alkohol dari bahan yang
mengandung selulosa (Zhiliang Fan dkk. 2006). Selulase dapat diproduksi oleh
fungi, bakteri, dan ruminansia. Produksi enzim secara komersial biasanya
menggunakan fungi atau bakteri. Fungi yang bisa menghasilkan selulase antara lain
genus Tricoderma, Aspergillus, dan Penicillium.
Kulit pinang mempunyai potensi besar sebagai substrat dalam produksi
enzim selulase yang digunakan secara luas dalam industri sehingga penelitian ini
penting untuk dilakukan. Ketersediaan limbah kulit pinang cukup besar disekeliling
tempat tinggal peneliti tepatnya di Desa Sukaraya Kecamatan Pancur Batu
Kabupaten Deli Serdang. Adanya pabrik pengolahan biji pinang menjadi bahan
baku pembuatan cat membuat masyarakat disekeliling lingkungan pabrik tersebut
banyak menjadi buruh kupas kulit pinang.
Banyaknya produksi pinang ini hanya mengindikasikan dari sektor
penjualan biji pinang saja, karena para petani biasanya menjual biji pinang tanpa
kulit pinang kepada penampung dan diteruskan pada pihak pabrik. Akibatnya
produksi pinang yang cukup besar ini menyisakan limbah kulit pinang yang belum
termanfaatkan secara maksimal. Kulit pinang yang belum termanfaatkan ini lama
kelamaan dapat menumpuk karena proses dekomposisinya yang cukup lama
sehingga berpotensi menjadi limbah yang dapat mencemari lingkungan.
Pada penelitian ini digunakan kulit pinang setengah tua karena pada
umumnya biji pinang yang setengah tua ini diambil untuk pengolahan cat selain itu
Rajan et al. (2005) menyatakan kandungan selulosa dan hemiselulosa pada kulit
pinang yang tua lebih sedikit dibandingkan pada kulit pinang yang masih mentah
1
Universitas Sumatera Utara
dan matang, sedangkan kandungan lignin dalam kulit pinang akan meningkat
seiring dengan perkembangan tingkat kematangan.
Peneliti sebelumnya Zulfatus dkk. (2008) memanfaatkan subtrat jerami padi
dalam proses sakarifikasi menggunakan Aspergillus Niger, potensi selulosa dalam
jerami padi yang besar dapat dimanfaatkan sebagai substrat dalam produksi selulase
sehingga dapat menambah nilai ekonomi pada jerami padi.
Sedangkan Rismawati dkk. (2016) menggunakan jamur Trichoderma sp.
Untuk memproduksi glukosa dari jerami padi, kadar glukosa dianalisis
menggunakan metode DNS dengan spektrofotometri UV-Visible. Jerami padi
berpotensi dijadikan sebagai bahan baku pembuatan gula hidrolisat atau dalam
industri disebut gula fermentasi yang memiliki banyak manfaat.
Chukwuma et al. (2014) memanfaatkan sekam padi sebagai substrat
sakarifikasi dengan menngunakan Aspergillus Niger.
Purkan dkk. (2016) menggunakan sekam padi dan Ampas tebu sebagai
subtrat.
Feki, D.Z. (2014) melakukan penelitian dengan memanfaatkan serabut
kelapa pada proses sakarifikasi dengan enzim selulase dari Aspergillus Niger dan
Trichoderma reesei.
Kusumaningati, M. (2008) menyatakan bahwa kapang Aspergillus sp.
berpotensi menghasilkan enzim selulase dalam proses hidrolisis. Kapang
Aspergillus Niger. Telah diuji selulotik yang mampu mendegradasi selulosa dengan
memproduksi enzim lignoselulolitik seperti enzim selulase. Enzim selulase
merupakan enzim kompleks yang terdiri dari endoglukanase, eksoglukanase, dan βglikosidase. Enzim endoglukanase memecah selulosa amorf menjadi selulosa rantai
pendek kemudian dilanjutkan enzim eksoglukanase memecah selulosa rantai
pendek menjadi selobiosa, dan terakhir akan dipecah selobiosa menjadi glukosa
oleh enzim β-glikosidase. Dengan pH awal medium yang digunakan dalam proses
hidrolisis yaitu pH 5 suhu yang digunakan adalah suhu ruang, karena pada suhu
tersebut merupakan suhu optimum kapang genus Aspergillus (28-300C). Di atas
2
Universitas Sumatera Utara
suhu optimum, kecepatan reaksi menurun tajam karena enzim sebagai protein akan
terdenaturasi, sedangkan pada suhu suhu terlalu rendah enzim tidak dapat bekerja.
Selain itu, dilakukan penggoyangan menggunakan rotary shaker dengan tujuan
menjamin ketersediaan oksigen dalam medium.
Dan menurut Juhasz, (2003) menyatakan bahwa Aspergillus Niger mampu
menghasilkan β-glukosidase yang tinggi.
Gunam, (2010) melakukan penelitian dengan menggunakan subtrat jerami
padi terhadap produksi enzim selulase dari Aspergillus Niger pada perlakuan
delignifikasi subtrat dengan menggunakan NaOH 2% dan konsentrasi subtrat 3%
dapat memberikan aktivitas enzim endogluanase yang tinggi. Variasi waktu yang
digunakan yaitu 7, 9 dan 11 hari.
Sarjono dkk, (2012) Keberadaan lignin akan menghambat proses hidrolisis
selulosa oleh enzim selulase karena lignin merupakan molekul kompleks yang
terdiri atas unit-unit fenilpropana yang umumnya sulit didegradasi. Lignin
membentuk ikatan yang kuat dengan selulosa sehingga memberikan bentuk yang
kokoh pada dinding sel tanaman. Lignin dapat dihilangkan atau dikurangi salah
satunya dengan perlakuan alkali menggunakan NaOH.
Berdasarkan dari peneliti sebelumnya peneliti tertarik untuk meneliti subtrat
lain yaitu kulit pinang sebagai subtrat proses sakarifikasi. Kulit pinang merupakan
limbah pertanian yang ketersediaannya cukup melimpah di Indonesia. Jika dilihat
dari sisi ekonomisnya tentu lebih murah dan ramah lingkungan serta banyaknya
jumlah selulosa yang terkandung didalamnya. Dan pada penelitian ini dengan
memanfaatkan enzim selulase pada Aspergillus Niger untuk proses sakarifikasi
dengan konsentrasi subtrat 3% dan NaOH 2%, pada suhu 270C, pH awal 5, dengan
variasi waktu 0,7,8,9,10 dan 11 hari.
3
Universitas Sumatera Utara
1.2 Permasalahan
Permasalahann dalam penelitian ini adalah
1. Apakah limbah kulit pinang dapat dimanfaatkan sebagai subtrat pembuatan
glukosa.
2. Apakah Aspergillus Niger dapat dimanfaatkan pada proses sakarifikasi kulit
pinang menjadi glukosa.
3. Berapa lama waktu optimum Aspergillus Niger dalam proses sakarifikasi
kulit pinang.
1.3 Pembatasan Masalah
Dalam penelitian ini masalah dibatasi pada :
1. Variasi waktu proses sakarifikasi adalah 0 hari, 7 hari, 8 hari, 9 hari, 10 hari
dan 11 hari.
2. Kulit pinang yang di uji merupakan limbah kulit pinang yang diambil dari
Desa Sukaraya Kecamatan Pancur Batu Kabupaten Deli Serdang.
1.4 Tujuan Penelitian
1. Untuk mengetahui apakah kulit pinang dapat dimanfaatkan sebagai subtrat
pembuatan glukosa.
2. Untuk mengetahui apakah Aspergillus Niger dapat dimanfaatkan pada
proses sakarifikasi kulit pinang menjadi glukosa.
3. Untuk mengetahui waktu optimum Aspergillus Niger pada proses
sakarifikasi kulit pinang untuk pembuatan glukosa.
4
Universitas Sumatera Utara
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah :
1. Dapat memberikan informasi ilmiah dalam pengaruh waktu sakarifikasi
pada pembuatan glukosa dari subtract kulit pinang (Areca catechu L.)
menggunakan Aspergillus Niger.
2. Dapat
memberikan
informasi
mengenai
Aspergillus
Niger
dapat
dimanfaatkan pada proses sakarifikasi kulit pinang menjadi glukosa.
3. Dapat memberikan informasi mengenai waktu optimum Aspergillus Niger
pada proses sakarifikasi kulit pinang untuk pembuatan glukosa.
1.6 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi dan Laboratorium Kimia
Dasar Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera
Utara.
1.7 Metodologi Penelitian
Penelitian ini merupakan eksperimen yang dilakukan di Laboratorium dengan cara
sebagai berikut:
1. Kulit pinang yang digunakan diambil dari Desa Sukaraya Kecamatan
Pancur Batu Kabupaten Deli Serdang.
2. Preparasi sampel dilakukan dengan cara mencuci kulit pinang dari pengotor,
mencacah, menjemur kulit pinang, dan kulit pinang yang telah kering
diblender, kemudian dilakukan proses delignifikasi untuk menghilangkan
lignin, mengoven sampel pada suhu 700C hingga berat konstan, kemudian
diblender kembali dan diayak menggunakan ayakan 80 mesh.
3. Uji FT-IR pada sampel sebelum dan sesudah proses delignifikasi
4. Analisa kadar glukosa menggunakan alat Spektrofotometer Uv.
5
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Selulase dimanfaatkan dalam proses fermentasi dari biomassa menjadi
biofuel, seperti bioethanol. Saat ini, enzim selulase juga digunakan sebagai
pengganti bahan kimia pada proses pembuatan alkohol dari bahan yang
mengandung selulosa (Zhiliang Fan dkk. 2006). Selulase dapat diproduksi oleh
fungi, bakteri, dan ruminansia. Produksi enzim secara komersial biasanya
menggunakan fungi atau bakteri. Fungi yang bisa menghasilkan selulase antara lain
genus Tricoderma, Aspergillus, dan Penicillium.
Kulit pinang mempunyai potensi besar sebagai substrat dalam produksi
enzim selulase yang digunakan secara luas dalam industri sehingga penelitian ini
penting untuk dilakukan. Ketersediaan limbah kulit pinang cukup besar disekeliling
tempat tinggal peneliti tepatnya di Desa Sukaraya Kecamatan Pancur Batu
Kabupaten Deli Serdang. Adanya pabrik pengolahan biji pinang menjadi bahan
baku pembuatan cat membuat masyarakat disekeliling lingkungan pabrik tersebut
banyak menjadi buruh kupas kulit pinang.
Banyaknya produksi pinang ini hanya mengindikasikan dari sektor
penjualan biji pinang saja, karena para petani biasanya menjual biji pinang tanpa
kulit pinang kepada penampung dan diteruskan pada pihak pabrik. Akibatnya
produksi pinang yang cukup besar ini menyisakan limbah kulit pinang yang belum
termanfaatkan secara maksimal. Kulit pinang yang belum termanfaatkan ini lama
kelamaan dapat menumpuk karena proses dekomposisinya yang cukup lama
sehingga berpotensi menjadi limbah yang dapat mencemari lingkungan.
Pada penelitian ini digunakan kulit pinang setengah tua karena pada
umumnya biji pinang yang setengah tua ini diambil untuk pengolahan cat selain itu
Rajan et al. (2005) menyatakan kandungan selulosa dan hemiselulosa pada kulit
pinang yang tua lebih sedikit dibandingkan pada kulit pinang yang masih mentah
1
Universitas Sumatera Utara
dan matang, sedangkan kandungan lignin dalam kulit pinang akan meningkat
seiring dengan perkembangan tingkat kematangan.
Peneliti sebelumnya Zulfatus dkk. (2008) memanfaatkan subtrat jerami padi
dalam proses sakarifikasi menggunakan Aspergillus Niger, potensi selulosa dalam
jerami padi yang besar dapat dimanfaatkan sebagai substrat dalam produksi selulase
sehingga dapat menambah nilai ekonomi pada jerami padi.
Sedangkan Rismawati dkk. (2016) menggunakan jamur Trichoderma sp.
Untuk memproduksi glukosa dari jerami padi, kadar glukosa dianalisis
menggunakan metode DNS dengan spektrofotometri UV-Visible. Jerami padi
berpotensi dijadikan sebagai bahan baku pembuatan gula hidrolisat atau dalam
industri disebut gula fermentasi yang memiliki banyak manfaat.
Chukwuma et al. (2014) memanfaatkan sekam padi sebagai substrat
sakarifikasi dengan menngunakan Aspergillus Niger.
Purkan dkk. (2016) menggunakan sekam padi dan Ampas tebu sebagai
subtrat.
Feki, D.Z. (2014) melakukan penelitian dengan memanfaatkan serabut
kelapa pada proses sakarifikasi dengan enzim selulase dari Aspergillus Niger dan
Trichoderma reesei.
Kusumaningati, M. (2008) menyatakan bahwa kapang Aspergillus sp.
berpotensi menghasilkan enzim selulase dalam proses hidrolisis. Kapang
Aspergillus Niger. Telah diuji selulotik yang mampu mendegradasi selulosa dengan
memproduksi enzim lignoselulolitik seperti enzim selulase. Enzim selulase
merupakan enzim kompleks yang terdiri dari endoglukanase, eksoglukanase, dan βglikosidase. Enzim endoglukanase memecah selulosa amorf menjadi selulosa rantai
pendek kemudian dilanjutkan enzim eksoglukanase memecah selulosa rantai
pendek menjadi selobiosa, dan terakhir akan dipecah selobiosa menjadi glukosa
oleh enzim β-glikosidase. Dengan pH awal medium yang digunakan dalam proses
hidrolisis yaitu pH 5 suhu yang digunakan adalah suhu ruang, karena pada suhu
tersebut merupakan suhu optimum kapang genus Aspergillus (28-300C). Di atas
2
Universitas Sumatera Utara
suhu optimum, kecepatan reaksi menurun tajam karena enzim sebagai protein akan
terdenaturasi, sedangkan pada suhu suhu terlalu rendah enzim tidak dapat bekerja.
Selain itu, dilakukan penggoyangan menggunakan rotary shaker dengan tujuan
menjamin ketersediaan oksigen dalam medium.
Dan menurut Juhasz, (2003) menyatakan bahwa Aspergillus Niger mampu
menghasilkan β-glukosidase yang tinggi.
Gunam, (2010) melakukan penelitian dengan menggunakan subtrat jerami
padi terhadap produksi enzim selulase dari Aspergillus Niger pada perlakuan
delignifikasi subtrat dengan menggunakan NaOH 2% dan konsentrasi subtrat 3%
dapat memberikan aktivitas enzim endogluanase yang tinggi. Variasi waktu yang
digunakan yaitu 7, 9 dan 11 hari.
Sarjono dkk, (2012) Keberadaan lignin akan menghambat proses hidrolisis
selulosa oleh enzim selulase karena lignin merupakan molekul kompleks yang
terdiri atas unit-unit fenilpropana yang umumnya sulit didegradasi. Lignin
membentuk ikatan yang kuat dengan selulosa sehingga memberikan bentuk yang
kokoh pada dinding sel tanaman. Lignin dapat dihilangkan atau dikurangi salah
satunya dengan perlakuan alkali menggunakan NaOH.
Berdasarkan dari peneliti sebelumnya peneliti tertarik untuk meneliti subtrat
lain yaitu kulit pinang sebagai subtrat proses sakarifikasi. Kulit pinang merupakan
limbah pertanian yang ketersediaannya cukup melimpah di Indonesia. Jika dilihat
dari sisi ekonomisnya tentu lebih murah dan ramah lingkungan serta banyaknya
jumlah selulosa yang terkandung didalamnya. Dan pada penelitian ini dengan
memanfaatkan enzim selulase pada Aspergillus Niger untuk proses sakarifikasi
dengan konsentrasi subtrat 3% dan NaOH 2%, pada suhu 270C, pH awal 5, dengan
variasi waktu 0,7,8,9,10 dan 11 hari.
3
Universitas Sumatera Utara
1.2 Permasalahan
Permasalahann dalam penelitian ini adalah
1. Apakah limbah kulit pinang dapat dimanfaatkan sebagai subtrat pembuatan
glukosa.
2. Apakah Aspergillus Niger dapat dimanfaatkan pada proses sakarifikasi kulit
pinang menjadi glukosa.
3. Berapa lama waktu optimum Aspergillus Niger dalam proses sakarifikasi
kulit pinang.
1.3 Pembatasan Masalah
Dalam penelitian ini masalah dibatasi pada :
1. Variasi waktu proses sakarifikasi adalah 0 hari, 7 hari, 8 hari, 9 hari, 10 hari
dan 11 hari.
2. Kulit pinang yang di uji merupakan limbah kulit pinang yang diambil dari
Desa Sukaraya Kecamatan Pancur Batu Kabupaten Deli Serdang.
1.4 Tujuan Penelitian
1. Untuk mengetahui apakah kulit pinang dapat dimanfaatkan sebagai subtrat
pembuatan glukosa.
2. Untuk mengetahui apakah Aspergillus Niger dapat dimanfaatkan pada
proses sakarifikasi kulit pinang menjadi glukosa.
3. Untuk mengetahui waktu optimum Aspergillus Niger pada proses
sakarifikasi kulit pinang untuk pembuatan glukosa.
4
Universitas Sumatera Utara
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah :
1. Dapat memberikan informasi ilmiah dalam pengaruh waktu sakarifikasi
pada pembuatan glukosa dari subtract kulit pinang (Areca catechu L.)
menggunakan Aspergillus Niger.
2. Dapat
memberikan
informasi
mengenai
Aspergillus
Niger
dapat
dimanfaatkan pada proses sakarifikasi kulit pinang menjadi glukosa.
3. Dapat memberikan informasi mengenai waktu optimum Aspergillus Niger
pada proses sakarifikasi kulit pinang untuk pembuatan glukosa.
1.6 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi dan Laboratorium Kimia
Dasar Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera
Utara.
1.7 Metodologi Penelitian
Penelitian ini merupakan eksperimen yang dilakukan di Laboratorium dengan cara
sebagai berikut:
1. Kulit pinang yang digunakan diambil dari Desa Sukaraya Kecamatan
Pancur Batu Kabupaten Deli Serdang.
2. Preparasi sampel dilakukan dengan cara mencuci kulit pinang dari pengotor,
mencacah, menjemur kulit pinang, dan kulit pinang yang telah kering
diblender, kemudian dilakukan proses delignifikasi untuk menghilangkan
lignin, mengoven sampel pada suhu 700C hingga berat konstan, kemudian
diblender kembali dan diayak menggunakan ayakan 80 mesh.
3. Uji FT-IR pada sampel sebelum dan sesudah proses delignifikasi
4. Analisa kadar glukosa menggunakan alat Spektrofotometer Uv.
5
Universitas Sumatera Utara