PENGOLAHAN AWAL BIOMASSA BAGAS MENGGUNAKAN GARAM FATTY IMIDAZOLINIUM UNTUK MENIGKATKAN HIDROLISIS ENZIMATIK SELULASE.

(1)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

PENGOLAHAN AWAL BIOMASSA BAGAS MENGGUNAKAN GARAM FATTY IMIDAZOLINIUM UNTUK MENIGKATKAN HIDROLISIS

ENZIMATIK SELULASE

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Sebagian dari Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains

Program Studi Kimia

Oleh : Noor Azizah

0901965

PROGRAM STUDI KIMIA JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA

FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA 2013

(2)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi yang berjudul “Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium untuk Meningkatkan Kinerja Hidrolisis Enzimatik Selulase” ini beserta seluruh isi di dalamnya adalah sepenuhnya hasil buah karya dari tangan saya sendiri. Tidak ada unsure di dalamnya yang merupakan hasil plagiat dari karya orang lain. Atas pernyataan ini, saya siap menanggung resiko atau sanksi yang dijatuhkan kepada saya apabila kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya saya ini.

Bandung, 1 januari 2014

(3)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

LEMBAR PENGESAHAN

SKRIPSI

PENGOLAHAN AWAL BIOMASSA BAGAS MENGGUNAKAN GARAM FATTY IMIDAZOLINIUM UNTUK MENIGKATKAN HIDROLISIS

ENZIMATIK SELULASE

Oleh : Noor Azizah

0901965

Disetujui dan disahkan oleh :

Pembimbing I

Dr. rer.nat. Ahmad Mudzakir, M.Si. NIP. 196611211991031002

Pembimbing II

Dr. Iqbal Musthopa, M.Si NIP. 197512232001121001

Mengetahui,

Ketua Jurusan Pendidikan Kimia FPMIPA UPI

Dr. rer.nat. Ahmad Mudzakir, M.Si. NIP. 196611211991031002

(4)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

PENGOLAHAN AWAL BIOMASSA BAGAS MENGGUNAKAN GARAM FATTY IMIDAZOLINIUM UNTUK MENIGKATKAN HIDROLISIS ENZIMATIK SELULASE

Noor Azizah, Ahmad Mudzakir dan Iqbal Musthapha Program Studi Kimia

Jurusan Pendidikan Kimia

Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Pendidikan Indonesia

Abstrak

Pengolahan awal biomassa bagas menggunakan garam fatty imidazolinium ditemukan cukup efektif untuk membantu proses hidrolisis enzimatik. Tujuan dari penelitian yang dilakukan adalah untuk mengetahui bagaimana kinerja cairan ionik garam fatty imidazolinium sebagai pelarut ionik pada proses pelarutan biomassa bagas. Tiga cairan ionik telah disintesis dan diuji sebagai pelarut menggunakan metoda pemanasan gelombang mikro. Tiga cairan ionik ini merupakan garam organik dari kation cis-oleil imidazolinium ([c-OIm]+) dengan 3 jenis anion yang berbeda yakni Iodida ([I]-), Tiosianat ([SCN)-], dan Asetat ([CH3COO]-). Cairan Ionik disintesis mengikuti prosedur pada literatur. Pengolahan awal (proses pelarutan dan pengendapan kembali larutan selulosa menggunakan anti-solvent) menurunkan nilai indeks kristalinitas selulosa (57,43% menjadi 53,06%), mengubah struktur (selulosa I menjadi selulosa II), mengurangi ukuran partikel bagas (136,3 nm menjadi 68,9 nm) dan meningkatkan hasil glukosa pada hidrolisis enzimatik. Hasil glukosa selama 48 jam hidrolisis enzimatik sebesar 2,282 mg/mL (menggunakan [c-OIm]CH3COO) > 1,779 mg/mL (menggunakan [c-OIm]SCN) > 1,272 mg/mL (menggunakan [c-OIm]I) > 0,872 mg/mL (tanpa pengolahan awal).

Kata kunci: Pengolahan Awal Biomassa, Bagas, Selulosa, Cairan Ionik, Fatty imidazolinium, Hidrolisis Enzimatik

(5)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

PRETREATMENT OF BAGASSE-BIOMASS USING FATTY IMIDAZOLINIUM SALTS TO ENHANCING ENZYMATIC HYDROLYSIS

Noor Azizah, Ahmad Mudzakir and Iqbal Mustapha Major of Chemistry

Department of Chemistry Education Faculty of Methematic and Science

Indonesia University of Education Abstract

Pretreatment of bagasse-biomass using fatty imidazolinium salts is found to be highly effective for enzymatic hydrolysis. The aim of this research is to know how is the performance of the ionic liquids based on fatty imidazolinium salt as ionic solvents for bagasse-biomass. Three ionic liquids have been synthesized and tested as solvents by a microwave-heating method. Three Ionic liquids are organic salts of cation cis-oleyl-imidazolinium ([c-OIm]+) with three anions such as iodide ([I]-), thiocyanate ([SCN]-) and acetate ([CH3COO]-). The ionic liquids were synthesized according to literatures. The pretreatment (dissolution and precipitation of cellulose-solution by anti-solvent) increased the cellulose crystallinity (57.10% to 58.20%), changed the structure (cellulose I to cellulose II), reduced the particle size (from 136,3 nm to 68,9 nm), decreased the lignin content (compared to untreated one), and improved the glucose yield of enzymatic hydrolysis. The glucose yields for 48 hours enzymatic hydrolysis were 2,282 mg/mL (using [c-OIm] CH3COO) > 1,779 mg/mL (using [c-OIm] SCN) > 1,272 mg/mL (using [c-OIm] I) > 0,872 mg/mL (without pretreatment). Pretreatment using ionic liquids fatty imidazolinium salts make bagasse more easily hydrolyzed by the cellulase enzyme and glucose yield is higher than without pretreatment.

Keywords: Biomass Pretreatment, Bagasse, Cellulose, Ionic Liquids, Fatty Imidazolinium, Enzymatic Hydrolysis

(6)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... ….i

KATA PENGANTAR ... …ii

UCAPAN TERIMA KASIH ... iii

DAFTAR ISI ... ...vi

DAFTAR GAMBAR ... ...ix

DAFTAR TABEL ... ..xii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah Penelitian ... 1

1.2 Rumusan Masalah Penelitian ... 5

1.3 Batasan Masalah Penelitian ... 5

1.4 Tujuan Penelitian ... 6

1.5 Manfaat Penelitian ... 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 7

2.1 Biomassa ... 7

2.2 Biomassa Lignoselulosa... 8

2.2.1 Selulosa ... 8

2.2.2 Hemiselulosa ... 9

2.2.3 Lignin ... 10

2.3 Tebu ... 11

2.4 Ampas Tebu ... 11

2.5 Bioetanol ... 12

2.5.1 Pengolahan Awal (Pre-treatmen) ... 14

2.5.2 Hidrolisis Secara Enzimatik ... 15

2.5.3 Fermentasi ... 16

2.5.4 Destilasi ... 18

2.6 Cairan Ionik ... 18

(7)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

2.6.2 Sintesis Cairan Ionik ... . 22

2.6.2.1 Reaksi Kuartenerisasi... . 22

2.6.2.2 Reaksi Pergantian Anion... 22

2.6.2.2.1 Reaksi Asam Basa Lewis ... 23

2.6.2.2.2 Reaksi Metatesis Anion ... 24

2.7 Sistem Pengolahan Awal Biomassa Menggunakan Cairan Ionik …. 24 BAB III METODE PENELITIAN ... . 27

3.1 Lokasi Penelitian ... ..27

3.2 Sistematika Penelitian ... ..27

3.2.1 Alat dan Bahan ...28

3.2.1.1 Alat ...28

3.2.1.2 Bahan ...29

3.2.2 Prosedur Penelitian ... ..29

3.2.2.1 Sintesis Garam Fatty Imidazolinium ...29

3.2.2.2 Sintesis Garam Fatty Imidazolinium Iodida ...29

3.2.2.3 Sintesis Fatty Imidazolinium Tiosianat dan Asetat ...30

3.3 Karakterisasi Struktur Cairan Ionik ...31

3.3.1 Preparasi Biomassa Bagas ...32

3.3.2 Studi Pelarutan dan Rekonstitusi Bagas ...32

3.3.3 Karakterisasi Bagas Sebelum dan Sesudah Rekonstitusi ...33

3.3.4 Hidrolisis Enzimatik ...34

3.3.5 Penentuan Kadar Glukosa ...34

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 36

4.1 Sintesis Cairan Ionik ... 38

4.1.1 Sintesis Cairan Ionik Cis-Oleil-Imidazolinium ... 38

4.1.2 Sintesis Cis-Oleil-Imidazolinium Iodida ... 40

4.1.3 Sintesis Cis-Oleil-Imidazolinium Tiosianat dan Cis-Oleil-Imidazolinium Asetat ... 41

(8)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

4.2.1 Analisis Spektra Cairan Ionik Fatty Imidazolinium ... 42

4.2.2 Analisis Struktur [Imz]SCN dan [Imz]CH3COO ... 45

4.3 Studi Pelarutan dan Rekonstitusi Bagas ... 47

4.3.1 Proses Pelarutan Bagas ... 47

4.3.2 Proses Rekonstitusi Bagas ... 49

4.4 Karakterisasi Bagas Sebelum dan Setelah Proses Pelautan ... 50

4.4.1 Analisis X-ray diffraction (XRD) ... 50

4.4.2 Analisis FourrierTransform Infra Red (FTIR) ...53

4.5 Hidrolisis Enzimatik Bagas ... 54

4.6 Penentuan Kadar Glukosa ...55

4.6.1 Pembuatan Kurva Standar Glukosa ... 55

4.6.2 Penentuan Kadar Glukosa Bagas ... 56

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 59

5.1 Kesimpulan ... 59

5.2 Saran ... 60

DAFTAR PUSTAKA ... 61

(9)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Struktur Kation Imidazolium dan Fatty Imidazolinium ... ..4

Gambar 2.1 Struktur Molekular Rantai Polimer Selulosa ... 8

Gambar 2.2 Struktur Molekular Rantai Polimer Hemiselulosa ... 9

Gambar 2.3 Unit Dasar Penyusun Lignin ... 10

Gambar 2.4 Struktur Molekular Rantai Polimer Lignin ... 10

Gambar 2.5 Tebu dan Batang Tebu ... 11

Gambar 2.6 Ampas Tebu (Bagas) ... 12

Gambar 2.7 Produksi Bioetanol Dunia ... 13

Gambar 2.8 Mekanisme Kerja Enzim Selulase ... 16

Gambar 2.9 Beberapa Jenis Kation Cairan Ionik ... 20

Gambar 2.10 Struktur Kation Imidazolium dan Fatty Imidazolinium ... 21

Gambar 2.11 Reaksi Metatesis Cairan Ionik Berbasis GaramImidazolium….. 24

Gambar 2.12 Skema Sederhana Pengolahan Awal Biomassa Lignoselulosa ... 25

Gambar 2.13 Mekanisme Pelarutan Menggunakan Cairan Ionik ... 26

Gambar 3.1 Bagan Alir Penelitian ... 28

Gambar 3.2 Sintesis Fatty Imidazolinium Iodida ... 30

Gambar 3.3 Persamaan Reaksi Metatesis Pada Fatty Imidazolinium Iodida .. 31

Gambar 3.4 Diagram Alir Studi Pelarutan dan Rekonstitusi Bagas ...………...33

Gambar 4.1 Struktur Kation Imidazolium dan Fatty Imidazolinium ... 37

Gambar 4.2 Reaksi Sintesis Fatty Imidazoline ... 38

Gambar 4.3 Pasta Cis-Oleil-Imidazoline ... 39

(10)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

Gambar 4.5 cis-Oleil-Imidazolinium Iodida ... 40 Gambar 4.6 Reaksi Metatesis pada cis-Oleil-imidazolinium Iodida………... 41

Gambar 4.7 Endapan AgI , cis-Oleil-Imidazolinium Tiosianat dan cis-Oleil-Imidazolinium Asetat ... 41

Gambar 4.8 Perbandingan Spektra IR pada DETA, Asam Oleat, Fatty Imidazoline, dan [c-Imz]Iodida………. 42

Gambar 4.9 Perbandingan Spektra IR cis-Oleil-Imidazolinium dan cis-Oleil Imidazolinium Iodida ... 44

Gambar 4.10 Persamaan Reaksi Uji Anion Iodida ... 44 Gambar 4.11 Perbandingan Spektra IR cis-Oleil Imidazolinium Iodida dan cis-Oleil

Imidazolinium Asetat ... 45

Gambar 4.12 Spektra IR cis-Oleil Imidazolinium Iodida dan cis-Oleil Imidazolinium Tiosianat 46

Gambar 4.13 Bagas Sebelum Pelarutan dan Bagas Setelah Pelarutan ... 47 Gambar 4.14 Mekanisme Pelarutan Menggunakan Cairan Ionik ... 48 Gambar 4.15 Rekonstitusi Bagasa, Proses Rekonstitusi dan Bagas Hasil Rekonstitusi

………... 49

Gambar 4.16 Cairan Ionik Setelah Proses Pelarutan dan Rekonstitusi Bagas….50

Gambar 4.17 Perbandingan Spektra XRD Bagas Sebelum dan Sesudah Proses Perlakuan

Menggunakan Cairan Ionik……….. 51

Gambar 4.18 Pola Ikatan Hidrogen Selulosa I dan Selulosa II ... . 52

Gambar 4.19 Spektra IR Bagas Sebelum dan Setelah Rekonstitusi pada Residu dan Filtrat ... 53

(11)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

Gambar 4.22 Hasil Hidrolisis Enzimatik Bagas Sebelum dan Sesudah

(12)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

BAB I PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang Masalah Penelitian

Energi fosil khususnya minyak bumi merupakan sumber energi utama dan sumber devisa negara bagi Indonesia. Kenyataan menunjukan bahwa cadangan energi fosil yang dimiliki Indonesia jumlahnya terbatas, sementara konsumsi energi terus meningkat sejalan dengan laju pertumbuhan ekonomi dan pertambahan penduduk (Dephut, 2007). Sumber daya alam yang dapat menghasilkan energi selama ini semakin terkuras, karena sebagian besar sumber energi saat ini berasal dari sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui. Semua kalangan yang terkait dengan masalah ini sepakat bahwa diperlukan sumber bahan bakar alternatif untuk mengatasi permasalahan krisis energi ini.

Hasil kajian energi yang dilakukan oleh Komite Nasional World Council diprediksikan bahwa sumber minyak di Jawa, Sumatra, dan Kalimantan akan habis masing-masing pada tahun 2018, 2014, dan 2017 (Ida, 2008). Untuk mengatasi menipisnya persediaan bahan baku yang tak terbarukan, dilakukan pengembangan bioenergi dari bahan baku yang dapat diperbarui. Biomassa merupakan salah satu alternatif sumber energi terbarukan yang melimpah di alam. Pengembangan biomassa ini memiliki nilai positif dari aspek sosial, ekonomi dan lingkungan. Pengembangan ini akan mendewasakan masyarakat global untuk tidak bergantung pada bahan bakar fosil. Pengembangan pengolahan biomassa ini diharapkan terus meningkat untuk mendapatkan bahan bakar modern. Berbagai jenis biomassa yang dapat digunakan sebagai bioenergi ialah sekam padi, bagas, bongkol jagung, tandan kosong kelapa sawit dan lainnya (Ida, 2008). Teknologi pemanfaatan energi biomassa yang telah dikembangkan terdiri dari pembakaran langsung dan konversi biomassa menjadi bahan bakar. Salah satu hasil konversi biomassa menjadi bahan bakar adalah biofuel. Salah satu pemanfaatan biofuel ialah produksi komersial industri bahan bakar seperti etanol dan butanol.

Ampas tebu (bagas) di Indonesia cukup banyak. Ampas tebu dihasilkan sebesar 35-40% dari setiap tebu yang digiling dan ditimbun sebagai buangan yang

(13)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

memiliki nilai ekonomi rendah (Ida, 2008). Penimbunan ampas tebu dalam kurun waktu tertentu akan menimbulkan permasalahan baru. Bahan ini berpotensi mudah terbakar, mengotori lingkungan sekitar, dan menyita lahan yang cukup luas untuk penyimpanannya. Ampas tebu dari limbah pabrik gula memiliki kandungan selulosa 52,7%, hemiselulosa 20,0%, dan lignin 24,2%. Ampas tebu merupakan biomassa yang memiliki kandungan selulosa cukup tinggi, sehingga berpotensi untuk dikembangkan menjadi sumber energi biofuel salah satunya ialah bioetanol (Shamsuri, et.al., 2010). Kandungan selulosa yang banyak pada ampas tebu dapat dihidrolisis menjadi glukosa dengan bantuan enzim selulase dan hasil glukosa ini dapat difermentasi menjadi etanol oleh ragi Saccharomyces cerevisiae (Fardiaz, 1992).

Hal ini sangat berpotensi dilakukan di Indonesia karena di Indonesia banyak sekali perkebunan tebu. Menurut data statistik di Indonesia pada tahun 2002 luas tanaman tebu di Indonesia mencapai 395.399,44 ha, yang tersebar di pulau Sumatra seluas 99.383,42 ha, pulau Jawa seluas 265.671,82 ha, pulau Kalimantan seluas 13.970,42 ha, dan pulau Sulawesi seluas 16.373,4 ha. Diperkirakan setiap 1 ha menghasilkan 100 ton bagas. Potensi bagas nasional yang tersedia dari total luas tanaman tebu mencapai 39.539.944 ton per tahun (Dephut, 2007). Ampas tebu begitu melimpah di Indonesia dan memiliki kandungan selulosa cukup tinggi yakni sebesar 52,7% yang mendorong para peneliti untuk memanfaatkan bagas sebagai bahan baku alternatif pembuatan bioetanol.

Produksi bioetanol pada biomassa selulosa dari limbah pertanian meliputi 4 tahap yaitu tahap pengolahan awal (Pre-treated), hidrolisis enzim (proses sakarifikasi) yaitu mengubah suatu polimer menjadi monomer-monomernya, dan tahap fermentasi. Bioetanol memiliki kelebihan dibandingkan bahan bakar minyak. Keunggulan lainnya adalah bioetanol mempunyai angka oktan tinggi (118) dan digunakan sebagai pengganti metil-tersier-Butil Eter (MTBE). Bioetanol juga dapat meningkatkan efisiensi pembakaran karena mengandung 35% oksigen. Menurut Licht (2009), pada tahun 1999 produksi bahan bakar bioetanol mencapai 4.972 juta galon (setara dengan 18.819 juta liter) dan pada

(14)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

tahun 2008 meningkat menjadi 17.524 juta galon (setara dengan 66.328 juta liter). Bioetanol ini dianggap lebih ramah lingkungan dibandingkan bahan bakar minyak karena CO2 hasil buangan mesin akan diserap oleh tanaman, Selanjutnya tanaman

tersebut digunakan sebagai bahan baku pembuatan bahan bakar mesin, dan seterusnya sehingga tidak terjadi akumulasi karbon dioksida di atmosfer. Hal ini yang membuat produksi bioetanol terus meningkat dan terus dikembangkan.

Pengolahan awal biomassa yaitu untuk memisahkan lignin dan hemiselulosa dari selulosa. Kesulitan pada proses pengolahan awal disebabkan adanya lignin yang membungkus selulosa dengan ikatan yang cukup kuat. Metoda kimia yang telah dilakukan meliputi hidrolisis menggunakan asam kuat pada pengolahan awal oleh senyawa alkali dan peroksida (Krishnamachari, 2011), hidrolisis menggunakan enzim (Zhang, 2012), dan menggunakan cairan ionik (Murakami, 2007). Permasalahan pada tahap hidrolisis ini adalah digunakannya bahan yang sangat korosif dan produknya pun bisa menghasilkan limbah yang berbahaya (Gray, 2006) dan terbentuknya produk samping pada suhu tinggi yang bersifat sebagai inhibitor pada proses fermentasi lebih lanjut (Zhao dan Wang, 2007). Selain itu, dengan menggunakan metode hidrolisis asam kuat ini membutuhkan waktu dan langkah kerja yang cukup banyak sehingga tidak efisien bahan dan waktu, oleh karena itu penelitian ini perlu dikembangkan untuk menghindari permasalahan pada pengolahan awal biomassa tersebut dan diganti dengan suatu material yang ramah lingkungan.

Penelitian terbaru memperlihatkan hasil efisiensi pelarutan biomassa pada pengolahan awal menggunakan cairan ionik (Zhao, et.al., 2009). Studi kelarutan selulosa dalam cairan ionik menunjukkan bahwa panjang gugus alkil R dan jenis anion yang digunakan sangat berpengaruh dalam proses pelarutan selulosa. Pengaruh tersebut saling berkaitan sehingga tidak dapat disimpulkan secara terpisah baik pengaruh panjang alkil maupun jenis anion. Kation maupun anion yang digunakan memiliki peran masing-masing dalam proses pelarutan. Anion dalam cairan ionik memiliki peran dalam memutuskan ikatan hidrogen sedangkan kation dalam cairan ionik memiliki peran dalam penstabilan muatan. Sehingga dalam proses pelarutan selulosa ini diperlukan ikatan coulomb kation-anion

(15)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

pelarut yang sesuai (Mudzakir, 2008). Cairan ionik ini bersifat ramah lingkungan, tidak mudah terbakar, dan memiliki kestabilan termal yang tinggi, selain itu cairan ionik dapat didaur ulang hingga mencapai efisiensi 94%, dan mengurangi biaya produksi (Yanuar, 2009). Sifat cairan ionik ini dapat mengatasi permasalahan pengolahan awal pada biomassa yang ada. Telah dilakukan penelitian sebelumnya menggunakan kation fatty imidazolium pada pelarutan biomassa. Kinerja pelarutan biomassa oleh kation fatty imidazolium pada pengolahan awal cukup berhasil. Penelitian ini mengacu pada pendekatan kemiripan struktur kation fatty imidazolium, yang diharapkan memberikan efisiensi kelarutan selulosa lebih tinggi.

Kation imidazolinium (b) memiliki struktur dan fungsi yang mirip dengan kation imidazolium (a). Kemiripan struktur fatty imidazolinium dengan imidazolium digunakan sebagai agen pelarut dan alternatif penghidrolisis. Perbedaan terletak pada gugus substituent N3 (adanya gugus amida –C(O)(NH)).

Keberadaan gugus asam lemak ini akan menyebabkan fatty imidazolinium menjadi lebih ruah dibandingkan dengan imidazolium dan tidak adanya ikatan rangkap diduga akan menyebabkan lebih terlokasinya muatan positif kation.

Gambar 1.1 Struktur Kation Imidazolium (a) dan fatty imidazolinium (b)

Cairan ionik berbasis imidazolium memiliki kemampuan hidrolisis yang sangat kuat, sehingga dapat memecah selulosa kedalam bentuk monomernya yaitu glukosa pada suhu ruang (Amarasekara dan Owereh, 2009). Kedua faktor ini diduga akan menyebabkan kemampuan fatty imidazolinium melarutkan selulosa akan sebanding dengan imidazolium. Walaupun jika kemampuannya memecah selulosa menjadi monomer glukosa diduga tidak sekuat imidazolium, tetapi masih

4 3

2 1 N

C R X

-N

CH₂-CH₂-NH-C-R

CH₃

C R X

-N R CH₃ 1 2 3 3

(16)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

cukup kuat untuk memecah ukuran partikel bagas menjadi lebih kecil. Keruahan fatty imidazolinium (penambahan alkil) dilihat dari sifat cairan ionik akan meningkatkan efisiensi pelarutan selulosa. Penambahan alkil akan melemahkan interaksi coloum antara kation-anion itu sendiri, sehingga dapat membentuk ikatan hidrogen dengan selulosa lebih mudah. Berkaitan dengan hal tersebut, maka perlu dilakukan penelitian menggunakan cairan ionik berbasis kation fatty imidazolinium dengan berbagai variasi anion sebagai pelarut ionik dalam proses pengolahan awal biomassa bagas. Diharapkan cairan ionik berbasis kation fatty imidazolinium ini dapat meningkatkan kinerja pelarutan selulosa lebih tinggi dibandingkan menggunakan kation imidazolium (penelitian sebelumnya).

1.2Rumusan Masalah Penelitian

Berdasarkan uraian yang dikemukakan diatas, rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Apakah cairan ionik berbasis kation fatty imidazolinium dapat meningkatkan kadar glukosa yang dihasilkan dari proses hidrolisis enzimatik?

2. Bagaimanakah pengaruh jenis anion yaitu [Iodida(I)-], [Tiosianat(SCN)-], dan [Asetat(CH3COO)-] pada fatty imidazolinium terhadap proses

pengolahan awal biomassa bagas?

3. Bagaimanakah pengaruh pengolahan awal tersebut terhadap kristalinitas serta ukuran partikel dari hasil analisis XRD pada biomassa bagas?

1.3Batasan Masalah Penelitian

Penelitian ini dibatasi oleh pengaruh kinerja cairan ionik fatty imidazolinium sesudah dan sebelum pengolahan awal pada kadar glukosa yang dihasilkan dari proses hidrolisis enzimatik. Kajian ini dipengaruhi pada proses pelarutan dan rekonstitusi bagas yang dibatasi nilai kristalinitas dan ukuran partikel bagas dari analisis karakterisasi XRD dan FTIR.

(17)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

1.4Tujuan Penelitian

1. Pengaruh pengolahan awal menggunakan cairan ionik berbasis kation fatty imidazolinium dapat meningkatkan kadar glukosa hasil hidrolisis enzimatik. 2. Adanya pengaruh variasi anion yaitu : [CH3COO]- , [SCN]- , [I]- terhadap

pengolahan awal biomassa bagas.

3. Pengaruh proses pelarutan dan rekonstitusi menggunakan cairan ionik fatty imidazolinium dapat menurunkan nilai kristalinitas dan ukuran partikel bagas setelah pengolahan awal.

1.5Manfaat Penelitian

Diharapkan dari hasil penelitian yang dilakukan mampu memberikan sumbangan bagi perkembangan teknologi industri di Indonesia terutama dalam pemanfaatan biomassa bagas sebagai sumber bahan bakar terbarukan yaitu bioetanol sesuai dengan fokus ristek dan mengurangi penggunaan minyak bumi. Cairan ionik berbasis fatty imidazolinium yang digunakan pada pengolahan awal ini diharapkan mampu meningkatkan kadar glukosa hasil hidrolisis enzimatik cellulose dengan efisiensi yang lebih baik, dapat mempermudah serta menghindari pencemaran lingkungan yang diakibatkan dari pelarut yang saat ini digunakan dan didapatkan cairan ionik yaitu fatty imidazolinium yang optimal digunakan sebagai pengolahan awal biomassa bagas.

(18)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Lokasi Penelitian

Pelaksanaan penelitian ini dimulai sejak Januari sampai dengan Juni 2013. Penelitian yang dilakukan ialah sintesis cairan ionik, pertukaran anion, studi kelarutan biomassa dan hidrolisis enzimatik ampas tebu (bagas) dilakukan di Laboratorium Riset Jurusan Pendidikan Kimia FPMIPA Universitas Pendidikan Indonesia. Analisis spektroskopi Fourier Transform Infrared (FTIR) dan analisis UV-VIS untuk menganalisis kadar glukosa dilakukan di Laboratorium Kimia Analitik Instrumen Jurusan Pendidikan Kimia FPMIPA UPI. Analisis X-ray diffraction (XRD) dilakukan di Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi dan Kelautan Bandung.

3.2 Sistematika Penelitian

Sistematika penelitian dibagi dalam empat tahap, yaitu preparasi (sintesis) cairan ionik, karakterisasi struktur cairan ionik, studi pelarutan dan hidrolisis enzimatik bagas serta tahap karakterisasi bagas sesudah dan sebelum dilakukan pengolahan awal menggunakan cairan ionik.

Pada tahap ini akan dilakukan sintesis tiga jenis cairan ionik dari garam fatty imidazolinium yaitu dengan memvariasikan tiga substitusi anion pada kation oleil cis [cis-ω-9-CH3(CH2)16CH2-], dengan anion iodida, tiosianat dan asetat.

Cairan ionik ini disintesis berdasarkan adaptasi prosedur yang telah dikembangkan dalam literatur (Forsyth, et.al., 2003).

Setiap garam hasil sintesis akan dilakukan karakterisasi struktur menggunakan Fourier Transform Infra Red (FTIR), dan dilakukan penentuan kristalinitas menggunakan X-ray diffraction (XRD) pada sesudah dan sebelum rekonstitusi.

(19)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

Glukosa

Penelitian akan dilakukan berdasarkan disain yang dapat digambarkan pada skema berikut:

Gambar 3.1 Bagan Alir Penelitian

3.2.1 Alat dan Bahan 3.2.1.1 Alat

Peralatan yang digunakan untuk tahapan preparasi dan sintesis cairan ionik antara lain 1 set alat rotary evaporator (BUCHI), 1 microwave, 1 set alat sentrifuse, 1 set water bath shaker,1 set alat refluks, microscop, neraca analitik, alat-alat gelas, melting block, spatula, magnetic stirrer, mantle heater, freezer , corong Buchner dan aluminum foil. Alat-alat untuk karakterisasi hasil yang didapat digunakan instrument FTIR (SHIMADZU, FTIR-8400), UV-VIS (Mini SHIMADZU 1240), XRD (PANalatycal, X’Pert PRO PW3040).

Larutan Bagas-Cairan Ionik

Rekonstitusi

Bagas Hasil Rekonstitusi FTIR

XRD

Pelarutan

Bagas Sintesis

Cairan Ionik FTIR

FTIR XRD

Hidrolisis enzimatik

(20)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

3.2.1.2Bahan

Bahan-bahan yang digunakan untuk keseluruhan penelitian ini adalah: asam oleat-cis ekstrak pure produk Merck, metil iodida p.a produk Aldrich, dietilenatriamina p.a produk Aldrich, asetonitril teknis produk Bratachem, metilen klorida teknis produk Bratachem, etil asetat teknis produk Bratachem, metanol teknis produk Bratachem; K-Na-Tartarat produk Merck; Natrium bikarbonat produk Merck; Natrium sulfat anhidrat produk Merck; CuSO4.5H2O produk

Merck; (NH4)6Mo7O24.4H2O produk Merck; H2SO4 produk Merck;

NaHAsO4.7H2O produk Bratachem; glukosa p.a. produk Merck; aquades, serta

bagas dengan ukuran partikel 100 mesh.

3.2.2 Prosedur Penelitian

3.2.2.1 Sintesis cis-Oleil Imidazolina

Ke dalam gelas kimia pyrex ukuran 500 mL, dimasukkan 2,06 gram (20 mmol) dan dietilenatriamina 40 mmol asam lemak (asam oleat-cis) secara hati hati dan diaduk hingga merata. Campuran pereaksi dipanaskan menggunakan microwave dengan daya 800W selama waktu tertentu dan suhu akhir dicatat. Campuran reaksi dibiarkan hingga mencapai suhu ruanngan. Kemudian campuran dipindahkan ke dalam labu dasar bulat leher tiga. Etilasetat ditambahkan sebanyak 80 mL dan campuran kemudian dipanaskan sampai mendekati titik didih (40oC) kurang lebih dibutuhkan waktu 30 menit. Campuran disaring dalam keadaan panas menggunakan corong buchner yang dihubungkan dengan pompa vakum. Kemudian filtrat dipekatkan dengan evaporator dengan cara memisahkan pelarut etil asetat. Produk merupakan semi-padatan berwarna coklat kekuningan. Hasil dikarakterisasi menggunakan instrumen FTIR.

3.2.2.2 Sintesis cis-Oleil Imidazolinium Iodida

Sebanyak 1 mol cis-oleil-Imidazolina ditambahkan metilen klorida hingga larut dan kemudian dimasukkan ke dalam labu dasar bulat leher tiga yang telah dilapisi dengan alumunium foil. Kemudian ditambahkan 2 mol metil iodida kedalam labu dasar bulat dan direfluks pada suhu konstan 40oC sambil diaduk

(21)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

menggunakan magnetic stirrer kurang lebih selama 4 jam. Kemudian hasil yang didapatkan didinginkan hingga mencapai suhu ruangan dan dilakukan pemekatan menggunakan evaporator pada suhu 80oC, selanjutnya dilakukan pengeringan didalam lemari asam dan karakterisasi menggunakan instrument FTIR.

Sintesis cis-Oleil Imidazolinium iodida terdapat 2 tahap. Tahap pertama pembentukan fatty imidazolina (no 7) dari asam lemak (no 5) dan dietilinetriamina (no 6) melalui reaksi siklisasi dan tahap kedua reaksi metilasi-kuartenerisasi terhadap fatty imidazolina (no 7) mengunakan metil iodida.

Gambar 3.2 Sintesis Fatty Imidazolinium Iodida

Sintesis cis Oleil imidazolinium (metilasi-kuatenerisasi) digunakan metode refluks sesuai dengan yang digunakan dalam penelitian Divya Bajpai dan Tyagi, (2008).

3.2.2.3 Sintesis Fatty Imidazolinium Tiosianat dan Fatty Imidazolinium Asetat

Sebanyak 0,01 mol cis-oleil imidazolinium iodida dimasukkan ke dalam gelas kimia yang telah dibungkus oleh alumunium foil kemudian dilarutkan dalam 100 mL metanol dan ditambahkan 0,01 mol AgX. X merupakan Tiosianat atau Asetat. Larutan diaduk menggunakan magnetic stirrer selama 4 jam. Hasil yang diperoleh didekantasi, disaring menggunakan membran selulosa-nitrat dan

(22)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

diuapkan pada lemari asam hingga jenuh. Hasil yang diiperoleh dikarakterisasi menggunakan instrumen FTIR.

Sintesis cis-oleil-imidazolinium asetat dan cis-imidazolinium tiosianat melalui reaksi metatesis atau pertukaran anion. Reaksi metatesis yang dilakukan adalah mengganti anion iodida pada cis-oleil-imidazolinium iodida dengan anion asetat dan tiosianat dengan penambahan senyawa perak dan metanol sebagai pelarut. Perak asetat atau perak tiosianat digunakan karena kation perak akan dengan mudah bereaksi dengan anion iodida membentuk senyawa AgI (padatan putih) yang memiliki kelarutan rendah sehingga akan mudah untuk dipisahkan. Reaksi metatesis ditunjukkan pada gambar 3.3

R = cis-ω-9-CH3(CH2)16CH2-

X- = Asetat atau tiosianat

Gambar 3.3 Persamaan Reaksi Metatesis Terhadap cis-Oleil-Imidazolinium Iodida.

3.3 Karakterisasi Struktur Cairan Ionik

Karakterisasi struktur senyawa hasil sintesis dilakukan dengan metode spektroskopi infra merah (FTIR). Analisis FTIR ini dilakukan di Laboratorium Kimia Analitik Instrumen Jurusan Pendidikan Kimia FPMIPA Universitas Pendidikan Indonesia dengan menggunakan alat FTIR (SHIMADZU, FTIR-8400).

AgX

(23)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

3.3.1 Preparasi Biomassa Bagas

Limbah bagas diambil dari Probolinggo (Jawa Timur), Indonesia. Bagas dicuci terlebih dahulu menggunakan aquades kemudian dikeringkan dibawah terik matahari. Setelah kering, serat selulosa dihaluskan menggunakan blender dan disaring menggunakan penyaring berukuran 100 mesh. Serat dikarakterisasi menggunakan metode spektroskopi FTIR dan XRD.

3.3.2Studi Pelarutan dan Rekonstitusi Bagas

Dalam tahap ini tiga jenis cairan ionik yang telah disintesis disiapkan dengan menimbang dan menempatkannya dalam cawan krus. Sampel serbuk bagas disiapkan dengan menimbang sampel tersebut sebanyak 1% dari massa cairan ionik yang digunakan. Campuran tersebut kemudian dimasukkan ke dalam oven microwave menggunakan microwave LG dengan daya rendah (low) yaitu sebesar 100 W. Selama pemanasan, cawan krus dikeluarkan, dikocok, dan dimasukkan kembali dalam microwave hingga serbuk bagas tersebut melarut seluruhnya. Penambahan serbuk bagas ke dalam cairan ionik tersebut dilakukan terus menerus hingga cairan ionik sudah tidak mampu lagi melarutkan serbuk bagas.

Dalam proses rekonstitusi bagas, larutan serbuk bagas dalam cairan ionik ini disimpan dalam tempat yang rata kemudian ditambahkan dengan metanol. Serbuk bagas yang terbentuk kembali tersebut kemudian dipisahkan dari larutannya dan dikeringkan. Untuk mengetahui pengaruh proses pelarutan terhadap serbuk bagas maka serbuk bagas ini kemudian dianalisis menggunakan metode X-ray diffraction (XRD) dan Fourrier Transform Infra Red (FTIR), sedangkan filtrat hasil penyaringan diuapkan kembali sehingga cairan ionik dapat diperoleh kembali.

(24)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

Secara keseluruhan tahap studi pelarutan dan rekonstitusi biomassa dapat digambarkan sebagai berikut.

Gambar 3.4 Diagram Alir Studi Pelarutan dan Rekonstitusi Biomassa

3.3.3Karakterisasi Bagas Sebelum dan Sesudah Proses Pelarutan

Kajian pengaruh proses pelarutan pada biomassa bagas dibatasi pada struktur permukaan bagas dan kristalinitas. Kristalinitas bagas dianalisis menggunakan alat X-ray Diffraction (XRD). Kedua analisa ini dilakukan untuk mengetahui sampel serbuk bagas awal dan serbuk bagas hasil proses rekonstitusi setelah melalui proses pelarutan menggunakan cairan ionik. Serta analisis gugus fungsi menggunakan alat Fourrier Transform Infra Red (FTIR). Penentuan nilai indeks kristalinitas dapat menggunakan persamaan Segal.

dimana CrI adalah indeks kristalinitas dalam persen, dan adalah intensitas pada daerah puncak kristalin dan amorp (Yue, 2007). Untuk menentukan ukuran partikel bagas dapat menggunakan persamaan Scherrer.

dimana t adalah ukuran kristalin (nm), K adalah faktor koreksi (0,9), λ adalah panjang gelombang yang digunakan (nm), β merupakan sudut koreksi pada setengah luas daerah puncak maksimum (radian) dan θ adalah sudut difraksi (Yue, 2007).

Biomassa bagas

Material bagas baru Rekonstitusi Cairan ionik

Penyaringan Daur ulang

(25)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

3.3.4Hidrolisis Enzimatik Bagas

Pada tahap ini dilakukan hidrolisis enzimatik menggunakan enzim selulase terhadap bagas setelah proses rekonstitusi. Hidrolisis enzimatik ini dilakukan berdasarkan adaptasi prosedur yang telah dikembangkan dalam literatur (Lee, et al., 2008).

Pada tahap ini, bagas hasil rekonstitusi sebanyak 20 mg ditambah enzim selulase komersial (aktivitas = 2000 FPU mL-1). Enzim selulase ini diperoleh dari Solo yang sudah bersertifikat. Hidrolisis enzimatik dilakukan di dalam botol vial 10 mL pada suhu 37°C selama 48 jam dengan menggunakan 50 mM buffer sitrat (pH 4,7) sebanyak 3,5 mL di dalam water bath shaker 200 rpm. Semua reaksi dilakukan doublet.

3.3.5Penentuan Kadar Glukosa

Campuran yang diperoleh dari tahap hidrolisis enzimatik selanjutnya disaring dan diambil filtratnya. Filtrat yang mengandung glukosa tersebut selanjutnya dianalisis dengan menambahkan pereaksi Nelson-Somogyi. Pada tahap penentuan kadar glukosa dapat dibagi menjadi tiga tahap, yaitu pembuatan pereaksi Nelson-Somogyi, pembuatan kurva standar glukosa, dan penentuan kadar glukosa bagas. Prosedur penentuan kadar glukosa dilakukan berdasarkan adaptasi dari literatur (Linda, 2007).

Tahap I. Pembuatan Pereaksi Nelson-Somogyi Pembuatan pereaksi Somogyi I

Sebanyak 12 gram K-Na-tartarat dan 24 gram NaHCO3, 24 g Na2CO3 dan

144 g NaSO4 dilarutkan di dalam 400 mL aquades.

Pembuatan pereaksi Somogyi II

Sebanyak 4 gram CuSO4.5H2O dan 36 gram Na2SO4 dilarutkan di dalam

(26)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

Pembuatan pereaksi Nelson

Sebanyak 25 gram amonium molibdat dilarutkan dalam 450 mL aquades ditambah 21 mL H2SO4 pekat dan 3 g NaHAsO4.7H2O yang dilarutkan dalam 24

mL aquades. Larutan kemudian dinkubasi pada suhu 37°C selama 24 jam.

Tahap II. Pembuatan Kurva Standar Glukosa

Kurva standar dibuat dengan cara melarutkan 1 gram glukosa ke dalam 1 liter aquades. Larutan glukosa kemudian diencerkan untuk memperoleh larutan glukosa dengan variasi konsentrasi sebesar 40 mg/L, 80 mg/L, 120 mg/L, 160 mg/L dan 200 mg/L.

Pembuatan kurva standar glukosa dilakukan dengan menggunakan metode Nelson-Somogyi dengan menggunakan glukosa murni. Sebanyak 0,8 mL pereaksi Somogyi I dan 0,2 mL pereaksi Somogyi II ditambahkan ke dalam 1 mL larutan glukosa berbagai variasi konsentrasi di dalam tabung reaksi kemudian dikocok. Tabung-tabung kemudian dimasukkan ke dalam air mendidih selama 10 menit. Setelah itu, dibiarkan sampai dingin. Sebanyak 1 mL pereaksi Nelson dan 2 mL aquades dimasukkan ke dalam tabung dan dikocok. Kandungan glukosa kemudian diukur dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 702 nm, dilakukan scanning panjang gelombang terlebih dahulu.

Tahap III. Penentuan Kadar Bagas

Sebanyak 1 mL filtrat hasil hidrolisis enzimatik dimasukkan ke dalam tabung reaksi kemudian ditambahkan 0,8 mL pereaksi Somogyi I dan 0,2 mL pereaksi Somogyi II. Larutan yang terbentuk kemudian dihomogenkan. Selanjutnya tabung reaksi diinkubasi di dalam penangas air mendidih selama 10 menit. Setelah didinginkan, kemudian ditambahkan 1 mL pereaksi Nelson dan 2 mL aquades ke dalam tabung reaksi. Larutan kemudian dikocok sehingga homogen dan diukur menggunakan alat spektrofotometer UV-VIS pada serapan cahaya λ 702 nm. Data absorbansi yang diperoleh kemudian dikonversikan ke dalam persamaan regresi kurva standar glukosa.

(27)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan hal-hal berikut:

1. Cairan ionik berbasis fatty cis-oleil imidazolinium dengan anion iodida,

tiosianat, dan asetat dapat digunakan sebagai pengolahan awal biomassa ampas tebu (bagas).

2. Pengaruh anion terhadap kelarutan biomassa ampas tebu (bagas) mengikuti urutan CH3COO- > SCN- > I-.

3. Proses pelarutan dan rekonstitusi biomassa bagas menggunakan cairan ionik dapat menurunkan kristalinitas selulosa yaitu dari 57,43% hingga 53,06%, mengurangi lignin yang ada di dalam bagas dan memperkecil ukuran partikel dari bagas yaitu dari 136,3 nm menjadi 68,9 nm.

4. Kadar glukosa yang paling tinggi dihasilkan dari hidrolisis enzimatik selama 48 jam dengan pelarutan menggunakan [c-OIm]CH3COO- yaitu

sebesar 2.282 mg/mL, kemudian [c-OIm]SCN- sebesar 1.779 mg/mL, [c-OIm]I- sebesar 1.272 mg/mL dan tanpa pengolahan awal sebesar 0.872 mg/mL. Bagas yang diberi pengolahan awal menggunakan cairan ionik garam cis-oleil imidazolinium asetat lebih mudah dihidrolisis oleh enzim selulase dan memberikan hasil glukosa yang lebih tinggi dibandingan ion

tiosianat, iodida dan yang tanpa pegolahan awal menggunakan cairan ionik.

(28)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

5.2 Saran

Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut terhadap proses pelarutan biomassa bagas menggunakan cairan ionik dengan memvariasikan berbagai kation dan anion hingga sesuai agar dapat memaksimalkan proses pelarutan biomassa. Serta didapatkan waktu optimum pada proses hidrolisis enzimatik. Perlu juga dilakukan studi pelarutan dengan menggunakan biomassa lain seperti tongkol jagung, rumput, kayu, limbah pohon pisang dan sebagainya sehingga pemanfaatan berbagai macam biomassa sumber selulosa dapat dilakukan dengan optimum.

(29)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

DAFTAR PUSTAKA

Amarasekara, A. S., Owereh, O. S. (2009). Hydrolysis and Decomposition of Cellulose in Bronsted Acidic Ionic Liquids Under Mild Conditions. Ind. Eng. Chem. Res., 48, 10152-10155.

Arato, C., Pye, E. K., Gjennestad, G. (2005). The lignocelullose approach to biorefining of woody biomass to produce ethanol and chemicals.

Appl. Biochem. Biotechnol., 12, 124: 871-882.

Davis, J., Fox, P. A. (2003). From Curiocities to Commodities: Ionic Liquids Begin the Transition. Chem. Commun., 1209.

Divya, B., Tyagi, V. K. (2006). Fatty Imidazolines: Chemistry, Synthesis, Properties, and Their Industrial Applications. Harcourt Butler Technological Institute., 7, 319-329.

Divya, B., Tyagi, V. K. (2008). Microwave Synthesis of Cationic Fatty Imidazolines and their Characterization. AOCS.

Departemen Pertanian. (2007). Statistik Pertanian 2007. Departemen Pertanian, Jakarta.

Fahrurrozie, Sunarya, Y., Mudzakir, A. (2010). Efiesiensi Inhibisi Cairan Ionik Turunan Imidazolin sebagai Inhibitor Korosi Baja Karbon dalamLarutan Elektrolit Jenuh Karbon Dioksida. Jurnal Sains dan Teknologi Kimia., 100-111.

Fardiaz, S. (1992). Mikrobiologi Pangan 1. Gramedia Pustaka Utama. Jakarta. Forsyth, A., MacFarlane, D.R. (2003). 1-Alkyl-3-methylbenzotriazolium Salts:

Ionic Solvents and Electrolytes. J. Mater. Chem., 13, 2451–2456. Gayang, F., (2013). Konversi Lignoselulosa Tandan Kosong Kelapa Sawit

Menjadi Gula Pereduksi Menggunakan Enzim Xilanase Dan Selulase Komersial. Departemen Biokimia , Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, IPB.

Gordon, C. M. (2003). Synthesis and Purification of Ionic Liquid, dalam Ionic Liquid in Synthesis. P. Wasserscheid dan T. Welton (Eds.), Wiley Verlag, Frankfurt.

Hardian, A., Mudzakir, A., Sumarna, O. (2010). Sintesis dan karakterisasi kristal cair ionik berbasis garam fatty imidazolinium sebagai elektrolit

(30)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

redoks pada sel surya tersensitisasi zat warna. Jurnal Sains dan Teknologi Kimia, 1, 7-16.

Hagiwara, R., Ito, Y. (2000). Room Temperature Ionic Liquids of

Alkylimidazolium Cations and Fluoroanions. Journal of Fluorine Chemistry., 105, 221.

Henniges, Z. (2006). Bioengineering and Agriculture: Promises and Challenges. International Food Policy Research Institute.

Hermiati, E., Mangunwidjaja, D. (2009).Pemanfaatan Biomassa Lignoselulosa Ampas Tebu Untuk Produksi Bioetanol. UPT BPP Biomaterial -LIPI.

Howard, R.L., Abotsi, J.E.L. (2003). Lignocellulose biotechnology: Issues of bioconversion and enzyme production. Afr. J. Biotechnol .,2, 602- 619.

Ida, E. (2008).Biomassa sebagai Bahan Baku Bioetanol. Jurnal Litbang

Pertanian.,28, 3.

Jello, J. (2003). Reaksi Kimia dalam "Pelarut Hijau”. [Online]. Tersedia : http://jelli-jello.co.id/listarticle1 [20 Agustus 2013].

Khairani, R. (2007). Tanaman Jagung Sebagai Bahan Bio-fuel. [Online].

Tersedia:http://www.macklintmip-unpad.net/Bio-fuel/Jagung/Pati.pdf. [25 Maret 2013]

Knauf, M., Moniruzzaman, M. (2004). Lignocellulosic biomass processing: A perspective. Intl. Sugar J.,106,147-150.

Krishnamachari, P., Hashaikeh, R., Chiesa, M., Gad el Rab, R. M. (2011). Effects of Acid Hydrolysis Time on Cellulose nanocrystals Properties: Nanoindentation and Thermogravimetric Studies. Cellulose Chemistry and Technology, 46, 13-18.

Lavarack, G. J., Griffin, D. R. (2002). Biomass and Bioenergy. ChemSusChem ., 5, 367 –380.

Li, C. (2009). Comparison of dilute acid and ionic liquid pretreatment of switchgrass: Biomass recalcitrance, delignification and enzymatic saccharification. Journal Bioresource Technology.

Linda. (2007). Kajian tentang aktivitas enzim selulase Trichoderma viride pada berbagai macam limbah selulosa. Program Studi Biologi, Jurusan Pendidikan Biologi, FPMIPA UPI.

(31)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

Lee, K., Lee, M., Lin, I. J. (2003). Supramolecular Liquid Crystals, J. Mater. Chem., 13, 1079.

Lee, S., Doherty, T., Linhardt, R., Dordick, J. (2008). Ionic Liquid-Mediated Selective Extraction of Lignin From Wood Leading to Enhanced

Enzymatic Cellulose Hydrolysis. Biotechnology and

Bioengineering, Vol. 102, 5.

Mancino, A. (2006). Making Ethanol from Cellulose. Los Alamos Energy Security.vol 2., 1.

Maryam, S. (2010). Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Cairan Ionik Berbasis Kation Benzotriazolium Untuk Pemrosesan Selulosa Menjadi Glukosa. Program Studi Kimia, Jurusan Pendidikan Kimia, FPMIPA UPI.

Mudzakir, A., (2004). Zur Chemie des carbenanalogen 1,3-Dimethyl-1,2,3-benzotriazolium-iodid. Disertasi. Universitas Magdeburg.

Murakami, M., Kaneko, Y., Kadokawa, J. (2007). Preparation of cellulose-polymerized ionic liquid composite by in-situ polymerization of polymerizable ionic liquid in cellulose-dissolving solution. Carbohydrate Polymers., 69, 378–381.

Orchidea, R. (2009) . Pengaruh Liquid Hot Water terhadap Perubahan Struktur Sel Bagas. Prosiding Seminar Nasional XIV - FTI-ITS Surabaya.

Peters, J. (2004). Strukturuntersuchungen an Cellulose und Cellulosederivaten aus ionischen Lösemitteln. Disertasi pada Fakultät fűr Chemie und Physik der Technischen Universität Bergakademie Freiberg Jerman. Rosa, M. F., Medeiros, E. S., Malmonge, J. A., Wood, D. F., Orts, W. J., Imam, S. H. (2009). Cellulose nanocrystals from coconut fiber: Preparation and Characterization. International Conference on Advanced Materials (p. 1). Rio de Jenerio: ICAM.

Sanusi, A. (2012). Material Pelumas Media Magnetik Ramah Lingkungan

Berbasis Garam Fatty Imidazolinium. Program Studi Kimia, Jurusan Pendidikan Kimia, FPMIPA UPI.

Shaker, N.O., Badr, E.E., dan Kandeel, E. M. (2011). Adsorption and Inhibitive Properties of Fatty Imidazoline Surfactans on Mild Steel. Der Chemica Sinica., 26-35.

(32)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

Shamsuri, A. A., Kuang, D. (2010). Ionic Liquids: Preparations And Limitations. Makara science., 14, 101-106.

Sun, N. (2010). Dissolution And Processing of Cellulosic Materials With Ionic Liquids: Fundamentals and Application. Tuscaloosa: University of Alabama.

Swatloski, R. P., Holbrey, J. D., Spear, S K., dan Rogers R. D. (2002). Ionic Liquids for the Dissolution and the Regeneration of Cellulose . Department of Chemistry and Center for Green Manufacturing, The University of Alabama.

Swatloski, R. P., Spear, S. K., Holbrey, J. D., Rogers, R. D. (2002). Dissolution of Cellose with Ionic Liquids. J. AM. CHEM. SOC., 124, 4974-4975

Taherzadeh, M. J., Karimi, K. (2007). Enzyme-based hydrolysis processes for ethanol from lignocellulosic materials: a review. BioResources., 2,707-738.

Toma, G., Gotov, B., Solcaniova, E. (2000). Enantioselective Allylic Substitution Catalyzed by Pd0–Ferrocenylphosphine Complexes in [Bmim][PF6]

IonicLiquid. Green Chem., 2, 149.

Tyagi,R., Tyagi, V., Pandey, S. K. (2007). Imidazoline and Its Derivates : An Overreview. Journal of Oleo Science., 5, 211-222.

Wahyuningrum, D., Achmad, S., Syah, Y. M., Buchari, Ariwahjoedi, B. (2008). The Synthesis of Imidazoline Derivative Compounds as Corrosion Inhibitor towards Carbon Steel in 1% NaCl Solution. ITB J. Sci., 40 A, 33-48.

Wang, J., Zhang, Y., Zheng, Y. (2003). The application of ionic liquids in dissolution and separation of lignocellulose. Henan Normal University and Chinese Academy of Sciences.

Wyman, C.E. (2002). Potential Synergies and Challenges in Refining Cellulosic Biomass to Fuels .Biotechnol Progress.

Yanuar, S. (2009). Cairan Ionik berbasis kation Benzotriazolium sebagai Pelarut Ionik pada proses pelarutan dan rekonstitusi Selulosa. Program Studi Kimia, Jurusan Pendidikan Kimia, FPMIPA UPI.

Yue, Y. (2007). A Comparative Study of Cellulose I and II Fibers and Nanocrystals. Louisiana: Heilongjiang Institute of Science and Technology.

(33)

Noor Azizah, 2014

Pengolahan Awal Biomassa Bagas Menggunakan Garam Fatty Imidazolinium Untuk Menigkatkan Hidrolisis Enzimatik Selulase

Universitas Pendidikan Indonesia | Repository.upi.edu | Perpustakaan.upi.edu

Zang, Y., Xue, G., Zhang, X., Zhao, Y. (2012). Enzymatic Preparation of Nanocrystalline Cellulose from Bamboo Fibers. Advanced Materials Research., 441, 754-758.

Zhao, H., Jones, C.I.L., Baker, G.A., Xia, S., Olubajo, O., Person, V.N. (2009). Regenerating cellulose from ionic liquids for an accelerated enzymatic hydrolysis. Journal of Biotechnology., 139, 47–54. Zhu, S., Wu, Y., Chen, Q., Yu, Z., Wang, C., Jin, S., Ding, Y., Wu, G. (2006).

Dissolution of cellulose with ionic liquids and its application: a mini-review. Green Chemistry., 8, 325-327.

(1)

5.2 Saran

(2)

DAFTAR PUSTAKA

Amarasekara, A. S., Owereh, O. S. (2009). Hydrolysis and Decomposition of Cellulose in Bronsted Acidic Ionic Liquids Under Mild Conditions.

Ind. Eng. Chem. Res., 48, 10152-10155.

Arato, C., Pye, E. K., Gjennestad, G. (2005). The lignocelullose approach to biorefining of woody biomass to produce ethanol and chemicals. Appl. Biochem. Biotechnol., 12, 124: 871-882.