PRODUKSI ETANOL DARI JERAMI PADI MELALUI HIDROLISA ENZIMATIK DAN FERMENTASI.
SEMINAR NASIONAL
L TEKNIK KIIMIA SOEBA
ARDJO BROTOHARDJO
ONO IX
Program Stu
udi Teknik Kimia UPN “V
Veteran” Jawaa Timur
Surabayya, 21 Juni 20012
PRO
ODUKSI ETANOL
E
DARI JE
ERAMI PA
ADI MELA
ALUI HID
DROLISA
A
ENZIIMATIK DAN
D
FER
RMENTAS
SI
Fransisca Thrresia, Silvia Eka Ristikasari, Gunaawan Hartanto, Arief Widjaja
W
*)
Lab
boratorium Teknologi
T
B
Biokimia
Proogram Studi Teknik
T
Kim
mia, Fakultas Teknologi
I
Industri
Instiitut Teknoloogi Sepuluh Nopember
N
S
Surabaya
Kampus ITS Sukolilo Surabaya 60111 Indonnesia
mbutf@yahooo.com
email: lem
*)corresponnding authorr : arief_w@
@chem-eng.itts.ac.id
Abstrak
Penggunaan bahan bakarr fosil menimbbulkan banyakk kerugian kaarena tidak da
apat diperbaruui,
karena itu penemuann sumber eneergi baru yangg dapat diperrbarui sangat dibutuhkan untuk
u
memenuuhi
han energi dun
nia yang semaakin meningkatt. Salah satu sumber
s
energi yang potensia
al menggantika
kan
kebutuh
bahan bakar
b
fosil addalah etanol. Salah
S
satu upaaya mencari baahan baku dallam produksi bioetanol
b
adalaah
menggu
unakan limbahh pertanian yang
y
dapat diikonversi menjjadi glukosa. Salah satu alternatif
a
limbaah
pertaniaan yang mengaandung selulossa adalah jeram
mi padi.
Tujuan dari penelitian
p
ini adalah
a
menghaasilkan etanol dari jerami paadi melalui hiddrolisa enzimatik
dan ferrmentasi. Enzzim selulase digunakan
d
unntuk mendegra
adasi selulosaa dari jeramii padi sehingg
gga
mengha
asilkan glukosaa.
Pada prosess penelitian inii dibagi menjaadi 3 tahap, yaaitu tahap prettreatment, taha
ap hidrolisa dan
da
tahap fermentasi.
f
Padda tahap pretrreatment digunnakan NaOH dengan
d
konsenntrasi 1%, 60°°C, 8jam. Tahap
hidrolissa dilakukan pada
p
suhu 60°C
C dengan pH 3 dengan konsentrasi enzim sselulase dari Aspergillus
A
nigger
sebesarr 93U/5 gr jerrami padi. Aktiifitas enzim seelulase sebesarr 2,00 U/ml seedangkan xilannase sebesar 1,8
1
U/ml diiperoleh dari enzim komersiial dari Asperggillus niger. Hidrolisat
H
yangg dihasilkan memperoleh
m
yieeld
gula red
duksi tertinggii sebesar 0.39ggr gula/gr jeram
mi padi.
Fermentasi glukosa mengggunakan Sacccharomyces ceerevisiae dilakuukan dalam errlenmeyer flashk
200 ml pada pH 5.5 suhu
s
30°C serrta aerasi mengggunakan inku
ubator shaker ppada 100 rpm dan konsentraasi
gula reeduksi sebesar 8g/L. Uji kada
dar gula redukssi menggunakaan metode DN
NS. Kadar selullosa jerami paadi
diperoleeh sebesar 54
4.133% mengggunakan metoode Chesson. Sedangkan feermentasi untu
uk menghasilkkan
etanol mencapai
m
yieldd sebesar 0.17m
mol etanol/moll gula reduksi.
unci : jerami padi,
p
pretreatm
ment, hidrolisa, fermentasi, Saaccharomyces cerevisiae,
c
etanol.
Kata ku
ENDAHULUA
AN
PE
Penggunaan bahan bakar fosil menimbbulkan banyak
k kerugian dallam pencemaaran lingkungaan.
Disampping itu, bahann bakar berbasis fosil tidak ddapat diperbaruui, karena itu penemuan sum
mber energi baaru
yang daapat diperbaruii sangat dibutu
uhkan untuk memenuhi
m
kebuttuhan energi dunia
d
yang sem
makin meningkkat.
Salah saatu sumber eneergi yang poten
nsial mengganttikan bahan baakar fosil adalaah etanol.
Salah satu upaya
u
mencarri bahan baku dalam produuksi bioetanol adalah menggunakan limbah
pertaniaan yang dapat dikonversi meenjadi glukosaa. Salah satu allternatif limbaah pertanian yaang mengandunng
selulosaa adalah jeram
mi padi (Aderam
mi dkk.,2008). Jerami padi merupakan
m
limbbah yang meng
gandung 43,388%
selulosaa; 24,73% hem
miselulosa; 9,667% lignin (A
Anwar, 2011). Jerami padi dapat dihidrollisis baik secaara
kimiaw
wi maupun secaara biologi unttuk menghasilkkan glukosa. Glukosa
G
yang ddiperoleh dari proses hidrolissis
dapat difermentasi leb
bih lanjut untuk
k menghasilkann etanol (Martiin dkk., 2002)..
Sejauh ini teelah dikenal ennzim-enzim yaang dapat menndegradasi seluulosa, diantaraanya yang palinng
utama yaitu
y
enzim sellulase (Fengell dan Wegerneer, 1984). Enzim
m selulase merrupakan enzim
m yang dihasilkkan
oleh miikroorganisme seperti fungi dan
d bakteri. Ennzim selulase dapat
d
mendegraadasi selulosa menjadi
m
molekkul
glukosaa yang lebih keecil (Nicol et all, 2006).
Dari penelitiian ini diharappkan dapat dipeeroleh suatu metode
m
baru daalam pengadaaan sumber enerrgi
terbarukkan yaitu den
ngan memanfaaatkan selulossa yang jumlaahnya melimpah di alam melalui
m
konverrsi
1.
D.8-1
SEMINAR NASIONAL
L TEKNIK KIIMIA SOEBA
ARDJO BROTOHARDJO
ONO IX
Program Stu
udi Teknik Kimia UPN “V
Veteran” Jawaa Timur
Surabayya, 21 Juni 20012
enzimattik menjadi moonomer glukossa oleh enzim selulase diikutti fermentasi gglukosa menjadi etanol denggan
bantuan
n yeast Sacchaaromyces cerevvisiae.
Tujuan dari penelitian ini adalah menghaasilkan etanol dari jerami paadi melalui hiddrolisa enzimattik
dan ferm
mentasi mengg
gunakan Sacchharomyces cereevisiae yang beermanfaat sebaagai energi alteernatif penggannti
dari baahan bakar fossil. Dari peneliitian terdahuluu yang ditulis Golias menyeebutkan bahwaa suhu optimuum
untuk hidrolisis
h
adalaah 40-50oC daan di dalam prroduksi etanol menghasilkann yield sebesarr 0.3g/g substrrat,
sedangk
kan menurut M. Minner dan
d
G. Gomm
ma yield prodduksi etanol menggunakan
m
Saccharomycces
cerevisiiae mencapai 0.35g/g
0
substraat.
2. ME
ETODOLOGII
2.1 Preetreatment jerami padi
Pretreattment dilakukaan secara fisikka dan kimia. Pretreatment fisika
f
dilakukaan dengan pem
motongan jeram
mi
padi seepanjang ± 5 mm mengggunakan pemootong kertas kemudian
k
meenggiling jeram
mi padi hinggga
mendap
patkan ukuran 100 – 120 meesh. Pretreatmeent secara kim
mia dilakukan dengan
d
pemanaasan jerami paadi
bersamaa larutan NaO
OH 1% pada teemperatur 60 oC selama 8 jam dalam labbu erlenmeyer yang dilengkaapi
dengan kondensor reffluks, kemudiaan dicuci dengaan air kran sam
mpai netral dann terakhir dicu
uci menggunakkan
aquadess. Jerami dipissahkan mengguunakan penyarring kain kemuudian dikeringkkan pada 100oC selama kuranng
lebih 2 jam.
j
2.2 Pro
oduksi enzim selulase
Substraat yang digunak
kan untuk prod
duksi enzim yaaitu jerami paddi ukuran 100-1120 mesh sebannyak 5 gram dan
d
menam
mbahkan larutann garam minerral sebanyak 225 ml ke dalam
m erlenmeyer kkemudian mennsterilisasi meddia
tersebutt ke dalam auutoklaf. Selanjjutnya menginnokulasi masinng – masing jamur Trichoderma reesei dan
d
Aspergiillus niger ke dalam
d
erlenmeeyer lalu mengginkubasikannyya selama 7 haari. Selanjutnya Menambahkkan
100 ml buffer sitrat yaang mengandu
ung 0,1 % Tweeen 80 kemudiaan mengocok ddengan orbital shaker
s
pada 175
rpm sellama 135 menit selanjutnya mensentrifugee dengan keceppatan 10000 rppm selama 30 menit kemudiian
mengam
mbil cairan yan
ng didalamnyaa terdapat enziim selulase. Kemudian mengghitung aktifitaas enzim denggan
mengguunakan DNS.
2.3 Hid
drolisis jeram
mi padi
Setelah
h didapatkan jerami padi yaang telah diprretreatment seelanjutnya dilaakukan proses hidrolisis yaiitu
dengan menimbang jerami padi tersebut sebanyyak 5 gram keemudian menaambahkan enzzim selulase daari
Trichod
derma reesei dan
d Aspergilluss niger sesuai perbandingan
p
dan
d konsentrassi enzim yang telah
t
ditentukaan.
Kemud
dian dipanaskann dengan suhu
u 60oC dan pH 3. Selanjutnyaa menganalisa konsentrasi
k
gu
ula reduksi dalaam
hidrolissat dengan mettode DNS denggan panjang geelombang 540n
nm setiap selanng waktu 3 jam sekali.
osa
2.4 Ferrmentasi gluko
Setelah
h didapatkan hidrolisat sebanyyak 200 ml darri proses hidrollisis selanjutnyya dilakukam proses
p
fermentaasi
dengan cara menambaahkan yeast exxtract 0,4 %, M
MgSO4.7H2O 0,17 gram, (NH
H4)2SO4 0,85 grram dan KH2PO
O4
g
ke dalam
m hidrolisat. Selanjutnya
S
meensterilisasi media fermentassi tersebut ke dalam autoklaaf.
2,125 gram
Setelah
h media mencaapai suhu ruang
gan, melakukkan fermentasi dengan volum
me media sebesar 200mL yanng
sebelum
mnya dilakukaan aklimatisasii Saccharomycces cerevisiae dengan volum
me cairan sebeesar 20mL yanng
diambill dari media. Selanjutnya menginokulasikan 20mL biakan
b
tersebuut ke dalam 180mL
1
substrrat.
Fermen
ntasi dilakukan
n selama 48 jaam dan pengam
mbilan sampel dilakukan sellang waktu 24 jam. Kemudiian
melaku
ukan pengukuraan kadar gula reduksi dan juumlah sel denngan menggunaakan metode DNS
D
serta kaddar
etanol menggunakan
m
G
GC.
ASIL DAN PE
EMBAHASAN
N
3. HA
3.1 Preetreatment jerrami padi
Setelah dilak
kukan pretreatm
ment, jerami paadi tersebut diaanalisa dengan menggunakann metode chesson
untuk mengetahui
m
kad
dar selulosa, heemiselulosa dann lignin yang dapat
d
digambarrkan pada tabeel sebagai berikkut
Tabel I : H
Hasil analisa metode Chessonn
Kaadar (%)
Variabeel
hem
miselulosa
selulosa
lignin
Sebelum pretrreatment
31.498
47.627
15.275
1%; 60°C; 8 jam
36.228
54.133
9.4289
D.8-2
SEMINAR NASIONAL
L TEKNIK KIIMIA SOEBA
ARDJO BROTOHARDJO
ONO IX
Program Stu
udi Teknik Kimia UPN “V
Veteran” Jawaa Timur
Surabayya, 21 Juni 20012
Dari peenelitian terdah
hulu didapatkann hasil bahwa pada kondisi NaOH
N
1% mennggunakan suhhu 60oC selamaa 8
jam diddapatkan konssentrasi glukossa tertinggi paada hidrolisat, sehingga pada penelitian inni menggunakkan
kondisi yang sama pada pretreatmen
nt.
oduksi enzim selulase
s
3.2 Pro
Setelah mendapatkan enzim
m, maka prosees selanjutnya adalah pengujjian enzim sellulase. Pengujiian
enzim selulase
s
ini adaalah dengan carra mengukur aaktifitas enzim selulase yang dihasilkan. Sebbelum mengukkur
aktifitass enzim selulase maka harus membuat kurvva standar glukkosa yang diguunakan untuk menguji
m
aktifittas
enzim. Setelah memb
buat kurva stanndar glukosa, maka
m
langkah selanjutnya addalah menguji keaktifan
k
enzim
m.
Mengujji keaktifan enzzim dapat dilakkukan dengan metode DNS dan
d mengukur absorbansinyaa dengan panjanng
gelombbang 540 nm.
d untuk enziim
Dari hasil pengukuran diddapatkan aktivitas enzim seelulase sebesarr 2,0 IU/mL dan
xilanasee sebesar 1,8 IU/mL.
I
Hasil ini
i diperoleh dari
d enzim murnni dari Aspergiillus niger.
3.3 Hid
drolisis jeramii padi
S
Sebelum
meng
ghidrolisis jeraami padi, yangg harus dilakuukan terlebih ddahulu adalah membuat kurrva
standaar glukosa unttuk menganalisa konsentrasii glukosa dari hasil hidrolisiis. Jerami yang
g dipakai adallah
jeram
mi padi hasil prretreatment deengan NaOH 11% selama 8 jam.
j
Perlunya dilakukan preetreatment untuuk
menddegradasi ligninn sehingga meempermudah ddalam melakuk
kan degradasi jerami padi secara
s
enzimattik
untukk mencapai sellulosa. Hidrollisis dilakukan pada kondisi pH 3 dan suhhu 60°C. Setellah mendapatkkan
konseentrasi gula redduksi pada selaang waktu 3 jam
m sekali, kemu
udian dibuat graafik hidrolisis sebagai berikuut
Gambar 1 : Konsentrasi gu
ula reduksi oleh berbagai jeniis enzim pada hhidrolisis jeram
mi padi
Berdasaarkan grafik di
d atas memperlihatkan gulla reduksi yan
ng dihasilkan pada hidrolissis menggunakkan
campurran crude enzzim dan enzzim komersiall. Hasil yan
ng baik untukk hidrolisis pada jerami padi
mengguunakan enzim selulase kom
mersial dari Asspergillus nigeer yang menccapai 13,02g/L
L selama 42 jam
diperoleeh yield sebesar 0,39gr gulaa/gr jerami paddi. Dari hasil analisa,
a
gula reeduksi yang dihhasilkan semakkin
lama seemakin meninggkat dengan koondisi yang stabbil. Hal ini meenunjukkan bahhwa campuran enzim komerssial
dari Asspergillus nigeer memiliki komposisi
k
endooglukanase, ekksoglukanase dan β-glukosiidase yang lebbih
seimbanng untuk menddegradasi selulo
osa dalam jerami padi, dibanndingkan dengaan crude enzim
m.
3.4 Ferrmentasi gluko
osa
Seetelah melakukkan hidrolisis, maka
m
selanjutnnya adalah mellakukan fermenntasi hidrolisatt yang diperoleeh.
Hidrolisat yang digun
nakan untuk proses
p
fermenttasi adalah hiidrolisat dari jjerami padi haasil pretreatmeent
N
1% padaa suhu 60oC seelama 8 jam deengan kondisi hidrolisis padaa suhu 60oC dan
d
dengan konsentrasi NaOH
Dari pengukuraan gula redukksi,
pH 3. Kondisi fermeentasi yang diipakai adalah pH 5,5 dan suhu 30°C. D
didapattkan konsentrasi gula reduksi awal sebesarr 8gr/L dan haasil fermentasi menggunakann Saccharomycces
cerevisiiae didapatkann hasil yield
d etanol sebessar 0,17mol etanol/mol guula reduksi. Pada
P
gambar 2
menunjukkan adanyaa penurunan gu
ula reduksi yanng seiring den
ngan penambahhan konsentrassi etanol. Hal ini
i
k
adanyaa konsumsi gulla oleh mikrooorganisme yang menyebabkaan penurunan gula
g
reduksi dan
d
terjadi karena
terbentu
uknya etanol. Sedangkan paada gambar 3 menunjukkan adanya penurrunan konsentrrasi gula redukksi
yang diisertai dengan penambahan
p
ju
umlah sel.
D.8-3
SEMINAR NASIONAL
L TEKNIK KIIMIA SOEBA
ARDJO BROTOHARDJO
ONO IX
Program Stu
udi Teknik Kimia UPN “V
Veteran” Jawaa Timur
Surabayya, 21 Juni 20012
Gam
mbar 2 : Konseentrasi etanol dan
d gula redukssi hasil fermenntasi menggunaakan
Sacchharomyces cereevisiae
4.
Gambbar 3 : Konsenttrasi gula redukksi dan jumlahh sel hasil fermeentasi mengguunakan
Sacchharomyces cereevisiae
KE
ESIMPULAN
1. Suhu optimaal pretreatmentt yang didapatkkan adalah 60°C
2. Konsentrasi optimal NaOH
H yang didapatkkan adalah 1%
3. Waktu optim
mal pretreatmennt adalah 8 jam
m
4. Aktifitas enzzim selulase daari Aspergillus niger sebesar 2,0
2 U/ml
5. Enzim selulaase komersial A.
A niger yang dihasilkan pad
da percobaan ini
i lebih efektiif mendegradaasi
jerami padi menjadi
m
glukossa dibandingkaan dengan crudde enzim.
6. Kondisi optim
mal untuk hidrrolisa adalah paada suhu 60 oC dan pH 3.
7. Yield etanol hasil fermentaasi sebesar 0,177 mol etanol/m
mol gula reduksi.
AFTAR PUST
TAKA
DA
1. Aderemi, B. O, Abu E, Higghina B. K, (20008), “ The kinnetics of glucosse production from
f
rice straw
w
by Aspergillus
A
nigger” African Joournal of Bioteechnology, 7, 1745-1752.
1
2. Balat, M, Baalat Havva, Oz Cahide, (20088), “ Progress in
n bioethanol prrocessing”, 34,, 551 – 573.
3. Committee on
o Science, Enggineering, and Public Policy,, (1991), “Policcy Implicationss of
Greeenhouse warm
ming”, Nationall Academy of Sciences, National Academyy of Engineerinng,
Insttituteof Mediciine, National Academy
A
press,, Washington D
DC.
4. Delgenes J.P
P., Moletta R, Navarro
N
J.M., (1996),
(
“ Effecct of lignosellullosic degradatiion product
on ethanol
e
fermen
ntation of glucose and xylosee by Saccharomyces cereviceeae, Zymomonnas
mobbilis, Pichia sttipitis and Canndida shehataee “, Enzyme M
Microbial Tech
hnology 19: 2220225.
5. Fengel, D dan
d Wegerner, G. (1984), ““Kayu: Kimia, Ultrastruktur,, Reaksi-reakssi”, Gajah Maada
Uniiversity Press, Yogyakarta,
Y
haal. 30-34, 155-176.
6.
Gaw
wande, P.V dan
d
Kamat, M.Y.,
M
(1999), “Production of Aspergillu
us Xylanase by
b
Lign
nocellulosic Waste
W
Fermentaation and its Application”,
A
J.. of Applied Microbiology,
M
8
87,
511 – 519.
7. Jeffries, W, Grigoriev, V,
V Laplaza, M
M, (2007), “Genome sequuence of the lignocelluloseesbiocconverting andd Xylose-Fermeenting Yeast Pichia
P
stipitis”, 25, 319-326.
D.8-4
SEMINAR NASIONAL
L TEKNIK KIIMIA SOEBA
ARDJO BROTOHARDJO
ONO IX
Program Stu
udi Teknik Kimia UPN “V
Veteran” Jawaa Timur
Surabayya, 21 Juni 20012
8.
9.
10..
11..
12.
13..
Martin C, Galbe
G
M, Wahllbom F.C, (20002), “Ethanol production froom enzymatic hydrolysates of
sugaarcane bagassee using recombbinant xylose-uutilising Sacchharomyces cereevisiae”, 31, 274
– 2882.
Miller, G.L.,, (1959), “Use of Dinitrosaliccylic Acid Reaagent for Deterrmination of Reducing
R
Sugarr”,
Anaalytical Chemisstry, 31, 426-428.
Nakamura, Y. dan Sawaada, T., (19997), “Lignin Peroxidase Production
P
by Phanerochaeete
chryysosporium Im
mmobilized onn Polyurethanne Foam”, Jouurnal Chemichhal Engineerinng
Japaan., 30, 1- 6.
Nigam, J.N.,, (2001), “ Eth
hanol productioon from wheatt straw hemiceelluloses hydroolysate by Pichhia
stipitis”, Journal of
o Technology 87: 17-27.
Subramaniyaan, S. dan Preema, P., (2002), “Biotechnollogy of Microbbial Xylanasess: Enzymologyy”,
Mollecular biologyy, Sunggyu, L., Speight, J.G.,, dan Loyalka, S.K., (2007).
Taniguchi, M.,
M Tohma, T.,, Itaya, T. and Fujii, M., (19
997), ”Ethanol Production froom a Mixture of
Gluucose and Xyloose by Co-Cultuure of Pichia stipitis
s
and a R
Respiratory-Defficient Mutant of
Saccharomyces ceerevisiae”, Jourrnal of Fermenntation and Biooengineering, 83,
8 364-370.
D.8-5
L TEKNIK KIIMIA SOEBA
ARDJO BROTOHARDJO
ONO IX
Program Stu
udi Teknik Kimia UPN “V
Veteran” Jawaa Timur
Surabayya, 21 Juni 20012
PRO
ODUKSI ETANOL
E
DARI JE
ERAMI PA
ADI MELA
ALUI HID
DROLISA
A
ENZIIMATIK DAN
D
FER
RMENTAS
SI
Fransisca Thrresia, Silvia Eka Ristikasari, Gunaawan Hartanto, Arief Widjaja
W
*)
Lab
boratorium Teknologi
T
B
Biokimia
Proogram Studi Teknik
T
Kim
mia, Fakultas Teknologi
I
Industri
Instiitut Teknoloogi Sepuluh Nopember
N
S
Surabaya
Kampus ITS Sukolilo Surabaya 60111 Indonnesia
mbutf@yahooo.com
email: lem
*)corresponnding authorr : arief_w@
@chem-eng.itts.ac.id
Abstrak
Penggunaan bahan bakarr fosil menimbbulkan banyakk kerugian kaarena tidak da
apat diperbaruui,
karena itu penemuann sumber eneergi baru yangg dapat diperrbarui sangat dibutuhkan untuk
u
memenuuhi
han energi dun
nia yang semaakin meningkatt. Salah satu sumber
s
energi yang potensia
al menggantika
kan
kebutuh
bahan bakar
b
fosil addalah etanol. Salah
S
satu upaaya mencari baahan baku dallam produksi bioetanol
b
adalaah
menggu
unakan limbahh pertanian yang
y
dapat diikonversi menjjadi glukosa. Salah satu alternatif
a
limbaah
pertaniaan yang mengaandung selulossa adalah jeram
mi padi.
Tujuan dari penelitian
p
ini adalah
a
menghaasilkan etanol dari jerami paadi melalui hiddrolisa enzimatik
dan ferrmentasi. Enzzim selulase digunakan
d
unntuk mendegra
adasi selulosaa dari jeramii padi sehingg
gga
mengha
asilkan glukosaa.
Pada prosess penelitian inii dibagi menjaadi 3 tahap, yaaitu tahap prettreatment, taha
ap hidrolisa dan
da
tahap fermentasi.
f
Padda tahap pretrreatment digunnakan NaOH dengan
d
konsenntrasi 1%, 60°°C, 8jam. Tahap
hidrolissa dilakukan pada
p
suhu 60°C
C dengan pH 3 dengan konsentrasi enzim sselulase dari Aspergillus
A
nigger
sebesarr 93U/5 gr jerrami padi. Aktiifitas enzim seelulase sebesarr 2,00 U/ml seedangkan xilannase sebesar 1,8
1
U/ml diiperoleh dari enzim komersiial dari Asperggillus niger. Hidrolisat
H
yangg dihasilkan memperoleh
m
yieeld
gula red
duksi tertinggii sebesar 0.39ggr gula/gr jeram
mi padi.
Fermentasi glukosa mengggunakan Sacccharomyces ceerevisiae dilakuukan dalam errlenmeyer flashk
200 ml pada pH 5.5 suhu
s
30°C serrta aerasi mengggunakan inku
ubator shaker ppada 100 rpm dan konsentraasi
gula reeduksi sebesar 8g/L. Uji kada
dar gula redukssi menggunakaan metode DN
NS. Kadar selullosa jerami paadi
diperoleeh sebesar 54
4.133% mengggunakan metoode Chesson. Sedangkan feermentasi untu
uk menghasilkkan
etanol mencapai
m
yieldd sebesar 0.17m
mol etanol/moll gula reduksi.
unci : jerami padi,
p
pretreatm
ment, hidrolisa, fermentasi, Saaccharomyces cerevisiae,
c
etanol.
Kata ku
ENDAHULUA
AN
PE
Penggunaan bahan bakar fosil menimbbulkan banyak
k kerugian dallam pencemaaran lingkungaan.
Disampping itu, bahann bakar berbasis fosil tidak ddapat diperbaruui, karena itu penemuan sum
mber energi baaru
yang daapat diperbaruii sangat dibutu
uhkan untuk memenuhi
m
kebuttuhan energi dunia
d
yang sem
makin meningkkat.
Salah saatu sumber eneergi yang poten
nsial mengganttikan bahan baakar fosil adalaah etanol.
Salah satu upaya
u
mencarri bahan baku dalam produuksi bioetanol adalah menggunakan limbah
pertaniaan yang dapat dikonversi meenjadi glukosaa. Salah satu allternatif limbaah pertanian yaang mengandunng
selulosaa adalah jeram
mi padi (Aderam
mi dkk.,2008). Jerami padi merupakan
m
limbbah yang meng
gandung 43,388%
selulosaa; 24,73% hem
miselulosa; 9,667% lignin (A
Anwar, 2011). Jerami padi dapat dihidrollisis baik secaara
kimiaw
wi maupun secaara biologi unttuk menghasilkkan glukosa. Glukosa
G
yang ddiperoleh dari proses hidrolissis
dapat difermentasi leb
bih lanjut untuk
k menghasilkann etanol (Martiin dkk., 2002)..
Sejauh ini teelah dikenal ennzim-enzim yaang dapat menndegradasi seluulosa, diantaraanya yang palinng
utama yaitu
y
enzim sellulase (Fengell dan Wegerneer, 1984). Enzim
m selulase merrupakan enzim
m yang dihasilkkan
oleh miikroorganisme seperti fungi dan
d bakteri. Ennzim selulase dapat
d
mendegraadasi selulosa menjadi
m
molekkul
glukosaa yang lebih keecil (Nicol et all, 2006).
Dari penelitiian ini diharappkan dapat dipeeroleh suatu metode
m
baru daalam pengadaaan sumber enerrgi
terbarukkan yaitu den
ngan memanfaaatkan selulossa yang jumlaahnya melimpah di alam melalui
m
konverrsi
1.
D.8-1
SEMINAR NASIONAL
L TEKNIK KIIMIA SOEBA
ARDJO BROTOHARDJO
ONO IX
Program Stu
udi Teknik Kimia UPN “V
Veteran” Jawaa Timur
Surabayya, 21 Juni 20012
enzimattik menjadi moonomer glukossa oleh enzim selulase diikutti fermentasi gglukosa menjadi etanol denggan
bantuan
n yeast Sacchaaromyces cerevvisiae.
Tujuan dari penelitian ini adalah menghaasilkan etanol dari jerami paadi melalui hiddrolisa enzimattik
dan ferm
mentasi mengg
gunakan Sacchharomyces cereevisiae yang beermanfaat sebaagai energi alteernatif penggannti
dari baahan bakar fossil. Dari peneliitian terdahuluu yang ditulis Golias menyeebutkan bahwaa suhu optimuum
untuk hidrolisis
h
adalaah 40-50oC daan di dalam prroduksi etanol menghasilkann yield sebesarr 0.3g/g substrrat,
sedangk
kan menurut M. Minner dan
d
G. Gomm
ma yield prodduksi etanol menggunakan
m
Saccharomycces
cerevisiiae mencapai 0.35g/g
0
substraat.
2. ME
ETODOLOGII
2.1 Preetreatment jerami padi
Pretreattment dilakukaan secara fisikka dan kimia. Pretreatment fisika
f
dilakukaan dengan pem
motongan jeram
mi
padi seepanjang ± 5 mm mengggunakan pemootong kertas kemudian
k
meenggiling jeram
mi padi hinggga
mendap
patkan ukuran 100 – 120 meesh. Pretreatmeent secara kim
mia dilakukan dengan
d
pemanaasan jerami paadi
bersamaa larutan NaO
OH 1% pada teemperatur 60 oC selama 8 jam dalam labbu erlenmeyer yang dilengkaapi
dengan kondensor reffluks, kemudiaan dicuci dengaan air kran sam
mpai netral dann terakhir dicu
uci menggunakkan
aquadess. Jerami dipissahkan mengguunakan penyarring kain kemuudian dikeringkkan pada 100oC selama kuranng
lebih 2 jam.
j
2.2 Pro
oduksi enzim selulase
Substraat yang digunak
kan untuk prod
duksi enzim yaaitu jerami paddi ukuran 100-1120 mesh sebannyak 5 gram dan
d
menam
mbahkan larutann garam minerral sebanyak 225 ml ke dalam
m erlenmeyer kkemudian mennsterilisasi meddia
tersebutt ke dalam auutoklaf. Selanjjutnya menginnokulasi masinng – masing jamur Trichoderma reesei dan
d
Aspergiillus niger ke dalam
d
erlenmeeyer lalu mengginkubasikannyya selama 7 haari. Selanjutnya Menambahkkan
100 ml buffer sitrat yaang mengandu
ung 0,1 % Tweeen 80 kemudiaan mengocok ddengan orbital shaker
s
pada 175
rpm sellama 135 menit selanjutnya mensentrifugee dengan keceppatan 10000 rppm selama 30 menit kemudiian
mengam
mbil cairan yan
ng didalamnyaa terdapat enziim selulase. Kemudian mengghitung aktifitaas enzim denggan
mengguunakan DNS.
2.3 Hid
drolisis jeram
mi padi
Setelah
h didapatkan jerami padi yaang telah diprretreatment seelanjutnya dilaakukan proses hidrolisis yaiitu
dengan menimbang jerami padi tersebut sebanyyak 5 gram keemudian menaambahkan enzzim selulase daari
Trichod
derma reesei dan
d Aspergilluss niger sesuai perbandingan
p
dan
d konsentrassi enzim yang telah
t
ditentukaan.
Kemud
dian dipanaskann dengan suhu
u 60oC dan pH 3. Selanjutnyaa menganalisa konsentrasi
k
gu
ula reduksi dalaam
hidrolissat dengan mettode DNS denggan panjang geelombang 540n
nm setiap selanng waktu 3 jam sekali.
osa
2.4 Ferrmentasi gluko
Setelah
h didapatkan hidrolisat sebanyyak 200 ml darri proses hidrollisis selanjutnyya dilakukam proses
p
fermentaasi
dengan cara menambaahkan yeast exxtract 0,4 %, M
MgSO4.7H2O 0,17 gram, (NH
H4)2SO4 0,85 grram dan KH2PO
O4
g
ke dalam
m hidrolisat. Selanjutnya
S
meensterilisasi media fermentassi tersebut ke dalam autoklaaf.
2,125 gram
Setelah
h media mencaapai suhu ruang
gan, melakukkan fermentasi dengan volum
me media sebesar 200mL yanng
sebelum
mnya dilakukaan aklimatisasii Saccharomycces cerevisiae dengan volum
me cairan sebeesar 20mL yanng
diambill dari media. Selanjutnya menginokulasikan 20mL biakan
b
tersebuut ke dalam 180mL
1
substrrat.
Fermen
ntasi dilakukan
n selama 48 jaam dan pengam
mbilan sampel dilakukan sellang waktu 24 jam. Kemudiian
melaku
ukan pengukuraan kadar gula reduksi dan juumlah sel denngan menggunaakan metode DNS
D
serta kaddar
etanol menggunakan
m
G
GC.
ASIL DAN PE
EMBAHASAN
N
3. HA
3.1 Preetreatment jerrami padi
Setelah dilak
kukan pretreatm
ment, jerami paadi tersebut diaanalisa dengan menggunakann metode chesson
untuk mengetahui
m
kad
dar selulosa, heemiselulosa dann lignin yang dapat
d
digambarrkan pada tabeel sebagai berikkut
Tabel I : H
Hasil analisa metode Chessonn
Kaadar (%)
Variabeel
hem
miselulosa
selulosa
lignin
Sebelum pretrreatment
31.498
47.627
15.275
1%; 60°C; 8 jam
36.228
54.133
9.4289
D.8-2
SEMINAR NASIONAL
L TEKNIK KIIMIA SOEBA
ARDJO BROTOHARDJO
ONO IX
Program Stu
udi Teknik Kimia UPN “V
Veteran” Jawaa Timur
Surabayya, 21 Juni 20012
Dari peenelitian terdah
hulu didapatkann hasil bahwa pada kondisi NaOH
N
1% mennggunakan suhhu 60oC selamaa 8
jam diddapatkan konssentrasi glukossa tertinggi paada hidrolisat, sehingga pada penelitian inni menggunakkan
kondisi yang sama pada pretreatmen
nt.
oduksi enzim selulase
s
3.2 Pro
Setelah mendapatkan enzim
m, maka prosees selanjutnya adalah pengujjian enzim sellulase. Pengujiian
enzim selulase
s
ini adaalah dengan carra mengukur aaktifitas enzim selulase yang dihasilkan. Sebbelum mengukkur
aktifitass enzim selulase maka harus membuat kurvva standar glukkosa yang diguunakan untuk menguji
m
aktifittas
enzim. Setelah memb
buat kurva stanndar glukosa, maka
m
langkah selanjutnya addalah menguji keaktifan
k
enzim
m.
Mengujji keaktifan enzzim dapat dilakkukan dengan metode DNS dan
d mengukur absorbansinyaa dengan panjanng
gelombbang 540 nm.
d untuk enziim
Dari hasil pengukuran diddapatkan aktivitas enzim seelulase sebesarr 2,0 IU/mL dan
xilanasee sebesar 1,8 IU/mL.
I
Hasil ini
i diperoleh dari
d enzim murnni dari Aspergiillus niger.
3.3 Hid
drolisis jeramii padi
S
Sebelum
meng
ghidrolisis jeraami padi, yangg harus dilakuukan terlebih ddahulu adalah membuat kurrva
standaar glukosa unttuk menganalisa konsentrasii glukosa dari hasil hidrolisiis. Jerami yang
g dipakai adallah
jeram
mi padi hasil prretreatment deengan NaOH 11% selama 8 jam.
j
Perlunya dilakukan preetreatment untuuk
menddegradasi ligninn sehingga meempermudah ddalam melakuk
kan degradasi jerami padi secara
s
enzimattik
untukk mencapai sellulosa. Hidrollisis dilakukan pada kondisi pH 3 dan suhhu 60°C. Setellah mendapatkkan
konseentrasi gula redduksi pada selaang waktu 3 jam
m sekali, kemu
udian dibuat graafik hidrolisis sebagai berikuut
Gambar 1 : Konsentrasi gu
ula reduksi oleh berbagai jeniis enzim pada hhidrolisis jeram
mi padi
Berdasaarkan grafik di
d atas memperlihatkan gulla reduksi yan
ng dihasilkan pada hidrolissis menggunakkan
campurran crude enzzim dan enzzim komersiall. Hasil yan
ng baik untukk hidrolisis pada jerami padi
mengguunakan enzim selulase kom
mersial dari Asspergillus nigeer yang menccapai 13,02g/L
L selama 42 jam
diperoleeh yield sebesar 0,39gr gulaa/gr jerami paddi. Dari hasil analisa,
a
gula reeduksi yang dihhasilkan semakkin
lama seemakin meninggkat dengan koondisi yang stabbil. Hal ini meenunjukkan bahhwa campuran enzim komerssial
dari Asspergillus nigeer memiliki komposisi
k
endooglukanase, ekksoglukanase dan β-glukosiidase yang lebbih
seimbanng untuk menddegradasi selulo
osa dalam jerami padi, dibanndingkan dengaan crude enzim
m.
3.4 Ferrmentasi gluko
osa
Seetelah melakukkan hidrolisis, maka
m
selanjutnnya adalah mellakukan fermenntasi hidrolisatt yang diperoleeh.
Hidrolisat yang digun
nakan untuk proses
p
fermenttasi adalah hiidrolisat dari jjerami padi haasil pretreatmeent
N
1% padaa suhu 60oC seelama 8 jam deengan kondisi hidrolisis padaa suhu 60oC dan
d
dengan konsentrasi NaOH
Dari pengukuraan gula redukksi,
pH 3. Kondisi fermeentasi yang diipakai adalah pH 5,5 dan suhu 30°C. D
didapattkan konsentrasi gula reduksi awal sebesarr 8gr/L dan haasil fermentasi menggunakann Saccharomycces
cerevisiiae didapatkann hasil yield
d etanol sebessar 0,17mol etanol/mol guula reduksi. Pada
P
gambar 2
menunjukkan adanyaa penurunan gu
ula reduksi yanng seiring den
ngan penambahhan konsentrassi etanol. Hal ini
i
k
adanyaa konsumsi gulla oleh mikrooorganisme yang menyebabkaan penurunan gula
g
reduksi dan
d
terjadi karena
terbentu
uknya etanol. Sedangkan paada gambar 3 menunjukkan adanya penurrunan konsentrrasi gula redukksi
yang diisertai dengan penambahan
p
ju
umlah sel.
D.8-3
SEMINAR NASIONAL
L TEKNIK KIIMIA SOEBA
ARDJO BROTOHARDJO
ONO IX
Program Stu
udi Teknik Kimia UPN “V
Veteran” Jawaa Timur
Surabayya, 21 Juni 20012
Gam
mbar 2 : Konseentrasi etanol dan
d gula redukssi hasil fermenntasi menggunaakan
Sacchharomyces cereevisiae
4.
Gambbar 3 : Konsenttrasi gula redukksi dan jumlahh sel hasil fermeentasi mengguunakan
Sacchharomyces cereevisiae
KE
ESIMPULAN
1. Suhu optimaal pretreatmentt yang didapatkkan adalah 60°C
2. Konsentrasi optimal NaOH
H yang didapatkkan adalah 1%
3. Waktu optim
mal pretreatmennt adalah 8 jam
m
4. Aktifitas enzzim selulase daari Aspergillus niger sebesar 2,0
2 U/ml
5. Enzim selulaase komersial A.
A niger yang dihasilkan pad
da percobaan ini
i lebih efektiif mendegradaasi
jerami padi menjadi
m
glukossa dibandingkaan dengan crudde enzim.
6. Kondisi optim
mal untuk hidrrolisa adalah paada suhu 60 oC dan pH 3.
7. Yield etanol hasil fermentaasi sebesar 0,177 mol etanol/m
mol gula reduksi.
AFTAR PUST
TAKA
DA
1. Aderemi, B. O, Abu E, Higghina B. K, (20008), “ The kinnetics of glucosse production from
f
rice straw
w
by Aspergillus
A
nigger” African Joournal of Bioteechnology, 7, 1745-1752.
1
2. Balat, M, Baalat Havva, Oz Cahide, (20088), “ Progress in
n bioethanol prrocessing”, 34,, 551 – 573.
3. Committee on
o Science, Enggineering, and Public Policy,, (1991), “Policcy Implicationss of
Greeenhouse warm
ming”, Nationall Academy of Sciences, National Academyy of Engineerinng,
Insttituteof Mediciine, National Academy
A
press,, Washington D
DC.
4. Delgenes J.P
P., Moletta R, Navarro
N
J.M., (1996),
(
“ Effecct of lignosellullosic degradatiion product
on ethanol
e
fermen
ntation of glucose and xylosee by Saccharomyces cereviceeae, Zymomonnas
mobbilis, Pichia sttipitis and Canndida shehataee “, Enzyme M
Microbial Tech
hnology 19: 2220225.
5. Fengel, D dan
d Wegerner, G. (1984), ““Kayu: Kimia, Ultrastruktur,, Reaksi-reakssi”, Gajah Maada
Uniiversity Press, Yogyakarta,
Y
haal. 30-34, 155-176.
6.
Gaw
wande, P.V dan
d
Kamat, M.Y.,
M
(1999), “Production of Aspergillu
us Xylanase by
b
Lign
nocellulosic Waste
W
Fermentaation and its Application”,
A
J.. of Applied Microbiology,
M
8
87,
511 – 519.
7. Jeffries, W, Grigoriev, V,
V Laplaza, M
M, (2007), “Genome sequuence of the lignocelluloseesbiocconverting andd Xylose-Fermeenting Yeast Pichia
P
stipitis”, 25, 319-326.
D.8-4
SEMINAR NASIONAL
L TEKNIK KIIMIA SOEBA
ARDJO BROTOHARDJO
ONO IX
Program Stu
udi Teknik Kimia UPN “V
Veteran” Jawaa Timur
Surabayya, 21 Juni 20012
8.
9.
10..
11..
12.
13..
Martin C, Galbe
G
M, Wahllbom F.C, (20002), “Ethanol production froom enzymatic hydrolysates of
sugaarcane bagassee using recombbinant xylose-uutilising Sacchharomyces cereevisiae”, 31, 274
– 2882.
Miller, G.L.,, (1959), “Use of Dinitrosaliccylic Acid Reaagent for Deterrmination of Reducing
R
Sugarr”,
Anaalytical Chemisstry, 31, 426-428.
Nakamura, Y. dan Sawaada, T., (19997), “Lignin Peroxidase Production
P
by Phanerochaeete
chryysosporium Im
mmobilized onn Polyurethanne Foam”, Jouurnal Chemichhal Engineerinng
Japaan., 30, 1- 6.
Nigam, J.N.,, (2001), “ Eth
hanol productioon from wheatt straw hemiceelluloses hydroolysate by Pichhia
stipitis”, Journal of
o Technology 87: 17-27.
Subramaniyaan, S. dan Preema, P., (2002), “Biotechnollogy of Microbbial Xylanasess: Enzymologyy”,
Mollecular biologyy, Sunggyu, L., Speight, J.G.,, dan Loyalka, S.K., (2007).
Taniguchi, M.,
M Tohma, T.,, Itaya, T. and Fujii, M., (19
997), ”Ethanol Production froom a Mixture of
Gluucose and Xyloose by Co-Cultuure of Pichia stipitis
s
and a R
Respiratory-Defficient Mutant of
Saccharomyces ceerevisiae”, Jourrnal of Fermenntation and Biooengineering, 83,
8 364-370.
D.8-5