PERANAN MIKROORGANISME PADA PRETREATMENT KULIT KOPI SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN BIOGAS - ITS Repository

  SKRIPSI – TK141581

“PERANAN MIKROORGANISME PADA

PRETREATMENT KULIT KOPI SEBAGAI

  BAHAN BAKU PEMBUATAN BIOGAS” Oleh : Vivi Alvionita Sari NRP. 2314 106 013 Desy Arista NRP. 2314 106 014 Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Sri Rachmania Juliastuti, M.Eng. NIP. 19590730 198603 2 001 Ir. Nuniek Hendrianie, M.T. NIP. 19571111 118601 2 001 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2017

  FINAL PROJECT – TK141581 THE ROLE OF MICROORGANISM ON

COFFEE PULP PRETREATMENT AS RAW

MATERIAL FOR THE PRODUCTION OF BIOGAS By : Vivi Alvionita Sari NRP. 2314 106 013 Desy Arista NRP. 2314 106 014 Advisor : Dr. Ir. Sri Rachmania Juliastuti, M.Eng. NIP. 19590730 198603 2 001 Ir. Nuniek Hendrianie, M.T. NIP. 19571111 118601 2 001 CHEMICAL ENGINEERING DEPARTEMENT FACULTY OF INDUSTRIAL TECHNOLOGY

SEPULUH NOPEMBER INSTITUT OF TECHNOLOGY

SURABAYA 2017

  

Peranan Mikroorganisme Pada Pretreatment

Kulit Kopi Sebagai Bahan Baku Pembuatan

Biogas

  

Abstrak

  Kulit kopi merupakan salah satu limbah dari industri pengolahan biji kopi yang dihasilkan selama proses produksi. Kulit kopi mengandung beberapa komponen, antara lain selulosa 57.9%, hemiselulosa 21.63%, lignin 5.21%, pektin 2.28%, dan zat inhibitor seperti tannin 4.81%, kafein 0.86%, polifenol 3.48%. Kandungan selulosa yang tinggi menyebabkan kulit kopi dapat digunakan untuk bahan baku alternative dalam pembuatan biogas. Namun, kulit kopi mengandung beberapa zat inhibitor, seperti kafein, tannin dan polifenol yang dapat menghambat produksi biogas. Untuk itu perlu dilakukan pretreatment secara biologi menggunakan campuran mikroorganisme antara lain

  

Pseudomonas putida , Trichoderma harzianum, dan Aspergilus

niger .

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui komposisi campuran mikroorganisme yang terbaik pada pretreatment limbah kulit kopi untuk mendegradasi zat inhibitor. Hasil terbaik nantinya akan diaplikasikan pada pembuatan biogas. Ada 2 tahapan utama dalam penelitian ini. Tahap pertama dilakukan

  

pretreatmen t terhadap kulit kopi secara biologi dengan variabel

Pseudomonas putida : Trichoderma harzianum : Aspergillus

niger dengan perbandingan 1:1:1 , 1:2:1 , 1:1:2 , 1:2:2 , 2:1:1 ,

  2:2:1 , 2:1:1 (v:v:v). Tahap kedua adalah fermentasi anaerob dari substrat kulit kopi hasil pretreatment terbaik selama 20 hari _o dengan suhu mesofilik (30 C) dan pH 6-7 pada volume kerja

• – 40

  4.5 L. Pada pembuatan biogas digunakan variabel starter sebanyak 10% dari total feed dan dimasukkan kedalam reaktor berupa campuran kotoran sapi : cairan rumen dengan rasio 1:0 , 0:1 , 1:1 , 1:2 , 2:1 (w/v). Starter dibuat dengan mengencerkan cairan rumen atau kotoran sapi dengan 2 L air. Starter terlebih dahulu difermentasi selama 5 hari sebelum dimasukkan ke dalam reaktor. Feed dibuat dengan mencampurkan kulit kopi hasil

  

pretreatment terbaik dan air dengan rasio 1:3 (w/v). Adapun

  parameter yang diukur antara lain penurunan zat inhibitor, Total

  

Solid (TS) dan Volatile Solid (VS), Chemical Oxygen Demand

  (COD), Biogas (CH ^{4 , CO 2 ) dan nilai kalor pembakaran (Heating} Value ).

  Dari hasil penelitian ini didapatkan data bahwa dengan menggunakan campuran mikroorganisme

  pretreatment

  dengan perbandingan Pseudomonas putida : Trichoderma

  

harzianum : Aspergillus niger 1:2:1 (v:v:v) merupakan hasil

pretreatment hasil terbaik yang dapat menurunkan 99% kadar zat

  inhibitor pada kulit kopi. Sedangkan untuk biogas, campuran antara kotoran sapi, cairan rumen dan substrat hasil pretreatment yang dapat menghasilkan gas metana lebih tinggi adalah dengan perbandingan kotoran sapi : cairan rumen 1:2 (w/v) dengan konsentrasi gas metana yang terbentuk sebesar 1.825% dan konsentrasi CO sebesar 3.501%. Pada konsentrasi gas metana ₂

  1.825%, nilai pembakaran (heating value) yang didapatkan ₃ sebesar 76.032 kcal/kg dengan volume biogas 0.0032 m /kg COD yang terkonversi.

  Kata Kunci : Biogas, Limbah kulit kopi, Kafein, Tanin, Polifenol, Metana, Pseudomonas putida,

  Trichoderma harzianum, Aspergillus niger , Cairan rumen, Kotoran sapi.

  

The Role Of Microorganism on Coffee Pulp

Pretreatment as Raw Material for The

Production of Biogas

  

ABSTRACT

  Coffee pulp is one of the industrial waste from processing coffee beans. Coffee pulp waste composition comparised of 57.9% cellulose, 21.63% hemicelluloce, 5.21% lignin, 2.28% pectin and inhibitor substance such as 0.86% caffeine, 4.81% tannin, 3.48% polyphenol. High celluloce compound which causes the coffee pulp can be used for alternative raw materials in the manufacture of biogas. However, coffee pulp contain several substance inhibitor, such as caffeine, tannins, and polyphenols which can inhibit the production of biogas. It is necessary for the biological pretreatment using a mixture of microorganism include

  

Pseudomonas putida, Trichoderma harzianum , and Aspergillus

niger .

  This study aims to determine the composition of the mixture of microorganisms of the Pseudomonas putida,

  

Trichoderma harzianum , and Aspergillus niger best in coffee pulp

  pretreatment to degrade inhibitor substance. The best result of pretreatment will be applied to biogas production. There are two step in this study. First step is doing pretreatment of the coffee pulp with variable Pseudomonas putida : Trichoderma harzianum

  

: Aspergillus niger with a ratio of 1:1:1 , 1:2:1 , 1:1:2 , 1:2:2 ,

  2:1:1 , 2:1:2 , 2:1:1 (v:v:v), then select variables were most excellent in degrading inhibitor substance. Then the second step, doing anaerobic fermentation for 20 days at mesophilic _o temperature (30-40

  C) and the pH is maintained from 6 to 7 on a reactor working volume of 4.5 L. In making biogas used variables starter as much as 10% of the total feed and put into the reactor in the form of a mixture of cow dung : rumen fluid with a ratio of 1:0 , 0:1 , 1:1 , 1:2 , 2:1 (w/v). Starter was prepared by diluting rumen fluid or cow dung with water as much as 2 liters. Starter was fermented for 5 days before being fed into the reactor. Feed is made by mixing coffee pulp best result pretreatment and water in ratio 1:3 (w/v). Parameters measured include decrease inhibitor substance, total solid (TS) and volatile solid (VS), Chemical Oxygen Demand (COD), biogas (CH ^{4 and CO 2 ) and calorific} value of combustion (Heating value).

  The results of this study that pretreatment with a mixture of microorganisms with a ratio of Pseudomonas putida :

  

Trichoderma harzianum : Aspergillus niger is 1:2:1 (v:v:v) is the

  result of pretreatment best results that can degrease to 99% of inhibitor substance in coffee pulp. For biogas, a mixture of cow dung, rumen fluid and substrate from best result pretreatment that can produce higher methane gas is the ratio of cow dung : rumen fluid is 1:2 (w/v) with the concentration of methane (CH ) formed ₄ at 1.825% and CO ^{2 concentration of 3.501%. At the concentration} of methane is 1.825%, heating value obatained 76.032 kcal/kg ₃ with volume biogas 0.0032 m / kg converted of COD

  Key words : Biogas, Waste of skin coffee, Caffeine, Tannins, Polyphenol, Methane, Psudomonas putida ,

  Trichoderma harzianum , Aspergillus niger, Rumen liquids, Cow dung.

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta'ala

yang telah memberikan kekuatan sehingga kami dapat

melaksanakan penelitian yang berjudul

  “Peranan

Mikroorganisme Pada Pretreatment Kulit Kopi Sebagai

Bahan Baku Pembuatan Biogas

  ” dan menyelesaikan

laporan ini tepat pada waktunya. Laporan ini merupakan

syarat kelulusan bagi mahasiswa tahap sarjana di Jurusan

Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya.

  Selama penyusunan laporan ini, kami banyak sekali

mendapat bimbingan, dorongan, serta bantuan dari banyak

pihak. Untuk itu, kami ingin mengucapkan terima kasih

yang sebesar-besarnya kepada :

  

1. Ibu Dr. Ir. Sri Rachmania Juliastuti, M.Eng, selaku

Dosen Pembimbing I dan Kepala Laboratorium Pengolahan Limbah Cair Industri, atas bimbingan dan saran yang telah diberikan.

  

2. Ibu Ir. Nuniek Hendrianie M.T selaku Dosen

Pembimbing II atas bimbingan dan saran yang telah diberikan.

  

3. Bapak Prof. Dr. Ir. Ali Altway, M.Sc. selaku Dosen

Penguji I atas saran yang telah diberikan.

  

4. Bapak Fadlilatul Taufany,S.T., Ph.D. selaku Dosen

Penguji II atas saran yang telah diberikan.

  

5. Ibu Prida Novarita,S.T. M.T selaku Dosen Penguji III

atas saran yang telah diberikan.

  

6. Bapak Juwari, ST., M.Eng., Ph.D selaku Ketua Jurusan

Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya.

  

7. Bapak dan Ibu Dosen Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS

yang telah memberikan ilmunya kepada penulis

  

8. Ayah dan Ibu kami tercinta, saudara-saudara, serta

keluarga besar atas bimbingan, doa, perhatian serta dukungannya baik moril maupun materi yang selalu tercurah selama ini.

  

9. Teman-teman Limbah Crew khususnya Pak Abubakar,

serta teman

• – teman angkatan Lintas Jalur Genap Teknik Kimia 2014 FTI-ITS atas doa, bantuan, perhatian, dan dukungannya selama ini.

10. Semua pihak yang membantu pengerjaan laporan skripsi ini.

  Kami menyadari bahwa laporan ini masih banyak

kekurangan, sehingga saran dan kritik yang mmbangun dari

pembaca sangat kami perlukan. Semoga laporan skripsi

kami dapat bermanfaat bagi semua pihak.

  Surabaya, Januari 2017 Penyusun

  DAFTAR ISI

  LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK .................................................................... i ABSTRACT .................................................................. iii KATA PENGANTAR ................................................... v DAFTAR ISI ................................................................. vii DAFTAR GAMBAR .................................................... vii DAFTAR TABEL ......................................................... x

  BAB I PENDAHULUAN ............................................ 1 I.1 Latar Belakang ................................................. 1 I.2 Rumusan Masalah ............................................ 3 I.3 Tujuan Penelitian .............................................. 3 I.4 Manfaat Penelitian ............................................ 4 I.5 Batasan Masalah ............................................... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................. 5 II.1 Kulit Kopi ....................................................... 5 II.2 Kandungan Kulit Kopi .................................... 7 II.2.1 Selulosa .................................................... 7 II.2.2 Hemiselulosa ............................................. 7 II.2.3 Lignin ........................................................ 8 II.2.4 Tanin .......................................................... 9 II.2.5 Kafein ........................................................ 9 II.2.6 Pektin ......................................................... 10 II.3 Proses Pretreatment Zat Inhibitor Kulit Kopi dengan Mikrooranisme .................................. 11

  II.3.1 Degradasi Kafein Menggunakan Mikroorganisme ........................................ 11

  II.3.1.1 Pseudomonas putida ......................... 11

  II.3.1.2 Sistematika Mikroorganisme Dalam Proses Degradasi Kafein ................... 12

  II.3.2 Degradasi Tanin Menggunakan Mikroorganisme ........................................ 13

  II.3.2.1 Trichoderma harzianum .................... 13

  II.3.2.2 Sistematika Mikroorganisme Dalam Proses Degradasi Tannin . 15

  II.3.3 Degradasi Polyphenol Menggunakan Mikroorganisme .................................. 17

  II.3.3.1 Aspergillus niger ......................... 17

  II.3.3.2 Sistematika Mikroorganisme Dalam Proses Degradasi Phenol . 18

  II.4 Biogas ....................................................... 19

  II.4.1 Proses Fermentasi Pada Pembuatan Biogas ................................................. 20

  II.4.2 Cairan Rumen ..................................... 23

  II.4.3 Kotoran Sapi ....................................... 24

  II.5 Faktor Yang Berpengaruh Dalam Proses Anaerobik Dalam Pembuatan Biogas ...... 27

  II.6 Hasil Penelitian Sebelumnya ................... 29

  BAB III METODOLOGI PENELITIAN .................... 31 III.1 Tempat Penelitian .................................... 31 III.2 Bahan dan Alat ........................................ 31 III.2.1 Bahan .................................................. 31 III.2.2 Alat ..................................................... 31 III.3 Variabel Penelitian dan Kondisi Operasi . 32 III.3.1 Variabel Penelitian .............................. 32 III.3.2 Kondisi Operasi .................................. 33 III.4 Tahapan Prosedur Penelitian .................... 34 III.4.1 Prosedur Penelitian ............................. 35 III.5 Metode Analisa ........................................ 38 III.5.1 Analisa Kandungan Biogas ................. 38 III.5.2 Analisa Total Solid (TS) dan Volatile Solid (VS) ........................................... 38 III.5.2.1 Analisa Total Solid (TS) ............. 38 III.5.2.2 Analisa Abu dan Volatile Solid (VS) ............................................. 39

  III.5.3 Analisa BOD ................................... 39

  BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .......................................... 41

  IV.1 Pretreatment Kulit Kopi ............................ 41

  IV.2 Pembuatan Biogas .......................................... 57

  IV.2.1 Hubungan MLSS dan MLVSS dengan Waktu Fermentasi Anaerobik Pada Berbagai Variabel Dalam Reaktor Biogas 58

  IV.2.2 Hubungan Nilai COD dan Produksi Biogas Terhadap Waktu Fermentasi Anaerobik Pada Berbagai Variabel Dalam Reaktor Biogas .............................. 60

  IV.2.3 Analisa Biogas (CH dan CO ) ................. 63 _{4 2} IV.2.4 Heating Value Biogas ............................... 66

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................. 68 V.1 Kesimpulan .................................................... 68 V.2 Saran .............................................................. 69 DAFTAR PUSTAKA ................................................... 70 APPENDIX A .............................................................. 73

  (Halaman ini sengaja dikosongkan)

Gambar 4.6 Perbesaran grafik 4.5 skala range 0.01

  Skema Alat Pretreatment Kulit Kopi ... 36

  T.harzianum : A.niger = 1:2:1 ............. 45

  dan kenaikan konsnetrasi sel terhadap waktu pada rasio P.putida :

Gambar 4.5 Hubungan antara kadar zat inhibitorGambar 4.4 Perbesaran grafik 4.3 skala range 0.01

  T.harzianum : A.niger = 1:2:2 ............. 44

  dan kenaikan konsnetrasi sel terhadap waktu pada rasio P.putida :

Gambar 4.3 Hubungan antara kadar zat inhibitorGambar 4.2 Perbesaran grafik 4.1 skala range 0.01

  T.harzianum : A.niger = 1:1:2 ............. 42

  dan kenaikan konsnetrasi sel terhadap waktu pada rasio P.putida :

Gambar 4.1 Hubungan antara kadar zat inhibitorGambar 3.3 Skema Peralatan Pembuatan Biogas .... 37Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ....................... 34 Gambar 3.2

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.12 Fungi Aspergillus niger ....................... 18Gambar 2.11 Mekanisme Degradasi Tannin ............. 15Gambar 2.10 Fungi Trichoderma harzianum ............ 14Gambar 2.9 Mekanisme Degradasi Kafein .............. 12Gambar 2.8 Bakteri Pseudomonas putida................ 12Gambar 2.7 Struktur Molekul Pektin ...................... 11Gambar 2.6 Struktur Molekul Kafein ...................... 10Gambar 2.5 Struktur Molekul Tanin ....................... 9Gambar 2.4 Struktur Molekul Lignin ...................... 8Gambar 2.3 Struktur Molekul Hemiselulosa ........... 8Gambar 2.2 Struktur Molekul Selulosa ................... 7Gambar 2.1 Gambar Struktur Kopi ......................... 6

• – 0.2 % ................................................. 43
• – 0.2 % ................................................. 44
• – 0.2 % ................................................. 46

Gambar 4.7 Hubungan antara kadar zat inhibitor

  dan kenaikan konsnetrasi sel terhadap waktu pada rasio P.putida :

  T.harzianum : A.niger = 1:1:1 ............ 47

Gambar 4.8 Perbesaran grafik 4.7 skala range 0.01

• – 0.2 % ................................................ 47

Gambar 4.9 Hubungan antara kadar zat inhibitor

  dan kenaikan konsnetrasi sel terhadap waktu pada rasio

  P.putida : T.harzianum : A.niger = 2:1:1 ............ 48

Gambar 4.10 Perbesaran grafik 4.9 skala range 0.01

• – 0.2 % ................................................ 49

Gambar 4.11 Hubungan antara kadar zat inhibitor

  dan kenaikan konsnetrasi sel terhadap waktu pada rasio

  P.putida : T.harzianum : A.niger = 2:2:1 ............ 50

Gambar 4.12 Perbesaran grafik 4.11 skala range

  0.01

• – 0.2 % ........................................ 50

Gambar 4.13 Hubungan antara kadar zat inhibitor

  dan kenaikan konsnetrasi sel terhadap waktu pada rasio P.putida :

  T.harzianum : A.niger = 2:1:2 ............ 51

Gambar 4.14 Perbesaran grafik 4.13 skala range

  0.01

• – 0.2 % ........................................ 52

Gambar 4.15 Hasil penurunan kadar kafein (%)

  pada berbagai ratio penambahan

  P.putida : T.harzianum : A.niger ........ 53

Gambar 4.16 Hasil penurunan kadar tanin (%) pada

  berbagai ratio penambahan P.putida :

  T.harzianum : A.niger ......................... 54

Gambar 4.17 Hasil penurunan kadar polifenol (%)

  pada berbagai ratio penambahan

  P.putida : T.harzianum : A.niger ........ 55

Gambar 4.18 Hubungan antara penurunan BOD dan

  kenaikan konsentrasi sel terhadap waktu ................................................... 56

Gambar 4.19 Kadar selulosa pada berbagai variabel

  pada hari ke-0 dan hari ke-7 ................ 57

Gambar 4.20 Hubungan MLSS terhadap waktu

  fermentasi anaerobic pada berbagai rasio KS (Kotoran sapi) : CR (Cairan rumen) .................................................. 58

Gambar 4.21 Hubungan MLVSS terhadap waktu

  fermentasi anaerobic pada berbagai rasio KS (Kotoran sapi) : CR (Cairan rumen) .................................................. 59

Gambar 4.22 Hubungan antara perubahan nilai

  COD (%) pada berbagai ratio KS (Kotoran sapi) : CR (Cairan rumen) terhadap waktu (hari) ........................... 61

Gambar 4.23 Hubungan antara penurunan COD (%)

  dan konsentrasi CH4 (%) yang terbentuk terhadap waktu fermentasi (hari) .................................................... 62

Gambar 4.24 Hubungan antara kenaikan

  konsentrasi CH4 (%) terhada waktu fermentasi (hari) .................................. 63

Gambar 4.25 Hubungan volume akumulasi biogas

  terhadap waktu (hari) pada berbagai ratio penambahan KS (Kotoran sapi) : CR (Cairan rumen) .............................. 65

  

(Halaman sengaja di kosongkan)

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Kandungan Kulit Kopi ......................... 6Tabel 2.2 Komposisi Standart Biogas.................. 20Tabel 2.3 Komposisi Mikroorganisme Cairan

  Rumen .................................................. 23

Tabel 2.4 Bakteri Utama Pada Cairan Rumen ..... 24Tabel 2.5 Bakteri Yang Terdapat Pada Kotoran

  Sapi ...................................................... 25

Tabel 2.6 Hasil Penelitian Sebelumnya ............... 29Tabel 4.1 Hasil Analisa Komposisi Kulit Kopi ... 41Tabel 4.2 Nilai Heating Value Pada Berbagai

  Variabel Dalam Reaktor Biogas .......... 67

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Kulit kopi merupakan salah satu limbah dari industri kopi yang dihasilkan selama proses produksi dari buah kopi untuk mendapatkan biji kopi. Menurut Corro, 2013 kulit kopi pada berat kering mengandung beberapa komponen, antara lain selulosa (63%), lignin (17%), protein (11.5%), hemiselulosa (2.3%), tannin (1.8-8.56%), kafein (1.6%) dan komponen organik lainnya. Jika dilihat pada komposisi kulit kopi, maka sangat memungkinkan untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan biogas. Tetapi, ada beberapa zat inhibitor yang dapat menghambat produksi biogas, seperti kafein, tannin,dan polifenol (Corro, et al, 2013). Sehingga, perlu dilakukan pretreatment pada kulit kopi agar tidak menggangu saat pembuatan biogas.

  Kandungan material racun seperti kafein, tannin dan polifenol yang terkandung di dalam kulit kopi dapat didegradasi dengan bantuan mikroorganisme (Corro, 2013). Kemampuan bakteri pendegradasi zat inhibitor melibatkan peran enzim dalam mikroorganisme untuk memecah zat inhibitor tersebut. Pendegradasian zat inhibitor dalam kulit kopi menyebabkan mikroorganisme dapat mengubah selulosa dalam kulit kopi menjadi biogas.

  Dalam penelitian sebelumnya, pretreatment dilakukan secara kimiawi dengan menggunakan bahan kimia seperti etanol dan natrium hidroksida. Pretreatment secara kimiawi lebih digunakan untuk memecah lignin sehingga dapat memunculkan selulosa dalam kulit kopi (Indira, 2015). Kekurangan dari penggunaan pretreatment secara kimiawi adalah bahan kimia yang dibutuhkan mahal dan senyawa kimia yang ditambahkan dapat menghasilkan senyawa toksik (Illeana, 2014). Selain itu,

  

pretreatment secara kimiawi dapat menyebabkan kerusakan lingkungan karena penggunaan bahan kimia yang dapat menghasilkan toksik bagi lingkungan.

  Untuk pretreatment secara biologis, penelitian sebelumnya juga menggunakan mikroorganisme untuk mendegradasi zat inhibitor pada kulit kopi. Beberapa mikroorganisme mempunyai kemampuan untuk tumbuh pada zat inhibitor dan mengubahnya menjadi komponen-komponen yang tidak beracun (Sundar-Raj & Dhala, 1965). Pretreatment biologis sangat ramah lingkungan karena tidak menggunakan bahan berbahaya seperti bahan kimia yang akan berdampak buruk bagi lingkungan.

  Menurut Salihu, dkk, 2014, pada penelitiannya dalam mendegradasi kafein dengan menggunakan bakteri Klebsiella,

  

Serratia marcescens , dan kelompok Pseudomonas, didapatkan

  presentase degradasi kafein terbesar pada bakteri Klebsiella dengan persen degradasi sebesar 100% dalam 10 jam. Pada bakteri Pseudomonas putida presentase degradasi kafein sebesar 67,2 % dalam waktu 48 jam. Untuk mikroba pendegradasi tannin, dapat didegradasi menggunkan beberapa mikroorganisme, namun spesies fungi lebih spesifik dalam mendegradasi tannin. Spesies jamur tersebut antara lain : Chaetomium, Fusarium, Rhizoctonia,

  

Cylindrocarpon, dan Thrichoderma harzianum. (Tej. K. Bath,

  1998). Pada penelitian Garcia et al, 2000, fungi yang dapat mendegradasi phenol antara lain : Aspergillus, Fusarium,

  

Coprinus, Penicillium . Untuk Aspergillus niger, laju degradasi

phenol sebesar 8 mg/L/h.

  Dapat dilihat pada penelititan sebelumnya, bahwa

  

Pseudomonas putida, Trichoderma harzianum, dan Aspergillus

niger mempunyai kemampuan spesifik dalam mendegradasi

  masing-masing zat inhibitor. Sehingga dipihlah ketiga mikroorganisme tersebut untuk mendegradasi zat inhibitor sebagai variabel dalam mendegradasi zat inhibitor.

  Dalam penelitian ini, akan digunakan metode

  

pretreatment secara biologis dengan berbagai variabel, dan dipilih

  yang paling optimum dalam mendegradasi zat inhibitor, dan selanjutnya diaplikasikan dalam pembuatan biogas.

  1.2 Rumusan Masalah

  Dari uraian latar belakang diatas, maka dapat dirumuskan permasalahan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

  1. Limbah kulit kopi mengandun zat inhibitor yaitu, kafein, tannin, dan polifenol yang menghambat proses pendegradasian selulosa menjadi biogas (Corro et al, 2013). Dengan adanya pretreatment secara biologis ini, diharapkan mengetahui keoptimalan mikroorganisme dalam mendegradasi komponen tersebut.

  2. Hasil pendegradasian menggunakan mikroorganisme yang terbaik pada pretreatment limbah kulit kopi belum diaplikasikan dalam pembuatan biogas, sehingga perlu dilakukan pengujian dalam pembuatan biogas yang sesuai dengan standart baku mutu.

   Tujuan Penelitian

  1.3 Berdasarkan rumusan masalah yang disampaikan diatas,

  maka tujuan penelitian sebagai berikut :

  1. Mengetahui komposisi campuran mikroorganisme

  Pseudomonas putida, Trichoderma harzianum , dan Aspergillus niger yang terbaik pada pretreatment limbah

  kopi untuk mendegradasi kafein, tannin dan polyphenol.

  2. Mengetahui kualitas biogas dari komposisi mikroorganisme yang terbaik pada pretreatment yang dilakukan.

  1.4 Manfaat Penelitian

  Adapun manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut

  1. Pemanfaatan limbah kopi sebagai salah satu sumber bahan baku yang tidak terpakai dalam pembuatan biogas, sehingga dapat meningkatkan nilai guna dari limbah kopi.

  2. Memberikan alternatif lain dalam hal mendegradasi zat inhibitor dalam kulit kopi dengan metode preatreatment secara biologis.

  1.5 Batasan Masalah

  Agar penelitian ini tidak menyimpang dari ketentuan yang digariskan, maka diambil batasan dan asumsi sebagai berikut :

  1. Bahan baku yang digunakan adalah limbah kulit kopi

  2. Pretreatment limbah kulit kopi dilakukan secara biologi dengan menggunakan mikroorganisme.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Kulit Kopi Bahan baku yang digunakan adalah limbah kulit kopi. Limbah kulit kopi yang diperoleh dari proses pengolahan kopi

  dari biji utuh menjadi kopi bubuk. Limbah kopi sebagian besar dimanfaatkan sebagai pupuk pada tanaman kopi dan tanaman disekitarnya, sebagian kecil digunakan sebagai media budidaya jamur serta dimanfaatkan sebagai bahan jamu tradisional (Budiman, 2010).

  Proses pengolahan kopi ada 2 macam, yaitu pengolahan kopi merah/masak dan pengolahan kopi hijau/mentah. Pengolahan kopi merah diawali dengan pencucian dan perendaman serta pengupasan kulit luar, proses ini menghasilkan 65% biji kopi dan 35% limbah kulit kopi. Biji kopi lalu dikeringkan dengan oven atau pengeringan matahari langsung. Hasil biji kopi kering oven sekitar 31 persen dan akan digiling untuk menghasilkan kopi bubuk 21 persen, Sedangkan 10 persennya lagi berupa limbah kulit dalam kopi. Proses pengolahan kopi hijau diawali dari penjemuran sampai bobot mencapai 38 persen dari basah. Kopi kering digiling akan menghasilkan kopi bubuk sebesar 16,5 persen, 25,5 persen sisanya berupa campuran limbah kulit luar dan kulit dalam (Muryanto dkk., 2004).

  Limbah kulit buah kopi memiliki kadar bahan organik dan unsur hara yang memungkinkan untuk memperbaiki tanah. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kadar C-organik kulit buah kopi adalah 45,3 %, kadar nitrogen 2,98 %, fosfor 0,18 % dan kalium 2,26 %. Selain itu kulit buah kopi juga mengandung unsur Ca, Mg, Mn, Fe, Cu dan Zn. Dalam 1 ha areal pertanaman kopi akan memproduksi limbah segar antara lain kulit kopi, biji kopi yang busuk atau rusak sekitar 1,8 ton setara dengan produksi tepung limbah kulit kopi 630 kg (Dirjen Perkebunan, 2008). Kulit kopi terdiri dari 3 (tiga) bagian seperti pada gambar 2.1, yaitu :

  1. Lapisan bagian luar tipis disebut Exocarp. Lapisan ini kalau sudah masak berwarna merah.

  2. Lapisan Daging buah disebut Mesocarp. Daging buah ini mengandung serabut yang bila sudah masak berlendir dan rasanya manis, maka sering disukai binatang seperti kera atau musang.

  3. Lapisan Kulit tanduk atau kulit dalam disebut Endocarp.

  Kulit tanduk ini merupakan lapisan tanduk yang menjadi batas kulit dan biji yang keadaannya agak keras.

Gambar 2.1 Gambar Struktur Kopi

  Kulit buah kopi merupakan limbah dari pengolahan buah kopi untuk mendapatkan biji kopi yang selanjutnya digiling menjadi bubuk kopi. Kandungan zat makanan kulit buah kopi dipengaruhi oleh metode pengolahannya apakah secara basah atau kering seperti terlihat pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Kandungan Kulit Kopi

  No Kandungan Presentase (%)

  1 Selulosa

  63 Hemiselulosa 2,3

  2

  3 Lignin

  17

  4 Protein 11,5

  5 Tanin 1,8-8,56

  Pektin 6,5

  6

7 Kafein 1,3

  (Corro,dkk 2013)

  II.2 Kandungan Kulit Kopi

  II.2.1 Selulosa

  Selulosa (C H O )n adalah bagian utama tanaman, _{6 16 5} berupa homopolisakarida dengan derajat polimerisasi n. Derajat polimerisasi untuk selulosa tumbuhan adalah 305 sampai 15.300 (Widjaja, 2009) ditunjukkan gambar 2.2 :

Gambar 2.2 Struktur molekul selulosa (Isroi, 2008)

  II.2.2 Hemiselulosa

  Hemiselulosa adalah struktur karbohidrat kompleks yang terdiri dari polimer yang berbeda seperti pentosa (seperti xilosa dan arabinosa), heksosa (seperti manosa, glukosa, dan galaktosa), dan asam gula. Hemiselulosa adalah polimer dengan rantai yang relative lebih pendek dan bercabang, terdiri dari monomer- monomer seperti xilosa, arabinosa, glukosa, manosa, dan galaktosa dengan struktur amorf (Bailey dan Ollis, 1986). Hemiselulosa berfungsi sebagai pendukung dinding sel dan sebagai perekat. Struktur polimer hemiselulosa ditunjukkan gambar 2.3.

Gambar 2.3 Struktur Hemiselulosa (Anonim, 2013)

II.2.3 Lignin

  Lignoselulosa adalah polimer yang amorf dengan berat molekul yang besar dan struktur yang kompleks. Lignoselulosa lebih tahan terhadap serangan jamur, bakteri dan proses hidrolisis oleh asam (Widjaja, 2009). Struktur lignin ditunjukkan pada gambar 2.4.

Gambar 2.4 Struktur Lignin

  (Sumber :

  II.2.4 Tanin

  Tanin (atau tanin nabati, sebagai lawan tanin sintetik) adalah suatu berasa pahit dan kelat, yang bereaksi dengan dan menggumpalkan Tanin secara umum didefinisikan sebagai senyawa polifenol yang memiliki berat molekul cukup tinggi (lebih dari 1000) dan dapat membentuk kompleks dengan protein. Struktur tanin ditunjukkan pada gambar 2.5.

Gambar 2.5 Struktur Tanin

  (Sumber : https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov)

  II.2.5 Kafein

  Kafein merupakan senyawa kimia alkaloid terkandung secara alami pada lebih dari 60 jenis tanaman terutama teh (1- 4,8 %), kopi (1-1,5 %), dan biji kola(2,7-3,6 %). Kafein merupakan sejenis alkaloid heterosiklik dalam golongan methylxanthine, yang menurut definisi berarti senyawa organik yang mengandung nirogen dengan struktur dua-cincin atau dual-siklik. Molekul ini secara alami terjadi dalam banyak jenis tanaman sebagi metabolik sekunder. Fungsinya dalam tumbuhan adalah sebagai pestisida alami yang melumpuhkan dan membunuh serangga yang memakan tumbuhan tersebut. Zat ini dihasilkan secara eksklusif dalam daun, kacang-kacangan dan buah-buahan lebih dari 60 tanaman, termasuk daun teh biasa (Camellia sinensis), kopi (Coffea arabica), kacang koko (Theobroma cacao), kacang kola (Cola acuminata) dan berbagai macam berry (Reinhardt, 2009). Struktur kafein ditunjukkan pada gambar 2.6

Gambar 2.6 Struktur Kafein

  (Sumber :

II.2.6 Pektin

  Pektin adalah senyawa polisakarida kompleks yang terdapat dalam dinding sel tumbuhan dan dapat di temukan dalam berbagai jenis tanaman pangan. Komponen utama dari senyawa pektin adalah asam D-galakturonat tetapi terdapat juga D- galaktosa, L-arabinosa, dan L-ramnosa dalam jumlah yang beragam dan kadang terdapat gula lain dalam jumlah kecil. Pektin adalah substansi alami yang terdapat pada dinding sel tumbuhan. Dinding sel menentukan ukuran dan bentuk sel dan menyebabkan integritas dan kekakuan jaringan tanaman. Pektin berfungsi sebagai elemen struktural pada proses pertumbuhan serta sebagai perekat dan penjaga stabilitas jaringan dan sel. Struktur pektin ditunjukkan pada gambar 2.7.

Gambar 2.7 Struktur Pektin

  (Sumber : https://commons.wikimedia.org/wiki/Pektin)

  

II.3 Proses Pretreatment Zat Inhibitor Kulit Kopi dengan

Mikroorganisme

  Kulit kopi mempunyai beberapa kandungan zat inhibitor yaitu kafein, tannin dan polifenol. Kandungan tersebut jika tidak dihilangkan akan mengganggu pada proses pembuatan bahan baku biogas, maka diperlukan proses preatreatment untuk mendegradasi zat tersebut. Pada penelitian ini proses preatreatment dilakukan secara biologis yaitu menggunakan bantuan mikroorganisme.

  II.3.1 Degradasi Kafein Menggunakan Mikroorganisme

  Terdapat beberapa mikroorganisme yang bisa mendegradasi kafein antara lain Pseudomonas putida, Serratia

  

marcescens , Bacillus licheniformis, Klebsiella, Rhodococcus,

Pseudomonas stutzeri , Pseudomonas alcaligenes, Brevibacterium

sp. , Pseudomonas fluorescens ((Ibrahim dkk, 2014).

  II.3.1.1 Pseudomonas Putida Pseudomonas putida merupakan termasuk bakteri yang mempunyai kemampuan memecah toksin organik.

  Mikroorganisme ini merupakan mikroorganisme yang paling umum hidup di tanah dan lingkungan air tawar di seluruh dunia dengan sifat motilitasnya menggunakan satu atau lebih flagella sehingga dapat ditemukan di bagian permukaan lingkungan tersebut. P. putida berbentuk batang, gram-negatif, memiliki 1 atau lebih flagella, hidup secara aerobik, mesofilik. Morfologi Pseudomonas puttida seperti pada gambar 2.8.

Gambar 2.8 Bakteri Pseudomonas Putida

  (Sumber : ASM MicrobelLibrary.org) Kingdom : Bacteria Phylum : Proteobacteria Class : Gammaproteobacteria Ordo : Pseudomonadales Family : Pseudomonadaceae Genus : Pseudomonas Species Group : Pseudomonas putida group Spesies : Pseudomonas putida

  

II.3.1.2 Sistematika Mikroorganisme dalam Proses

Degradasi Kafein

Gambar 2.9 Mekanisme Degradasi Kafein

  (Sumber : Wiley, 2015) Studi metabolik dengan menggunakan isolat bakteri pendegradasi kafein yang disajikan pada gambar 2.9 mempunyai 2 pathway katabolik antara lain : N-demethylation dan C-8 oxydation. Pathway untuk N-demethylation lebih dominan digunakan oleh mikroorganisme pendegradasi kafein seperti pada

gambar 2.9. Bakteri memecah kafein menjadi karbon dioksida dan ammonia untuk menghasilkan energi dan membangun

  dinding sel baru (Summers et al., 2015).

  Selama proses N-demethylation, molekul kafein diubah menjadi xanthine. Masing-masing dari 3 kelompok metil dihilangkan dengan menggabungkan molekul oksigen untuk menghasilkan 1 molekul formalin dan 1 molekul air. Proses pengubahan yang pertama ini menghasilkan Theobromine (3,7- dimethylxanthine) dan sejumlah kecil paraxanthine (7- dimethylxanthine) (Yamaoka-Yano dan Mazzafera,1999).

  Langkah kedua dalam pathway tersebut adalah N3- dimethylation dari Theobromine dan N1-dimethylation dari Paraxanthine digunakan untuk membentuk 7-methalxanthine. Selanjutnya 7-methylxanthine bersama protein kompleks yang mengandung N7-dimethylxanthine untuk membentuk xanthine.

  II.3.2 Degradasi Tannin Menggunakan Mikroorganisme

  Untuk mikroorganisme yang dapat mendegradasi tannin adalah Achromobacter sp, Enterobacter aerogenes, Aspergillus

  

niger, Penicillium chrysogenum, Chaetomium cupreum,

Cylindrocarpon, Trichoderma hazarnium (Tej K Bhat,dkk, 1998).

  II.3.2.1 Trichoderma harzianum Trichoderma harzanium adalah salah satu jenis jamur

  “green mold” yang mempunyai ciri hifa bersepta dan dapat membentuk konidiofor. Secara vegetative, dapat berkembang biak dengan potongan hifa, dan pada beberapa jenis dapat menghasilkan konidia secara aseksual . Fase konidi jamur ini disebut juga fase imperfect (Deuteromycetes). Secara generative dapat membentuk badan buah yang disebut askokarp, yang didalamnya terdapat askus (kantong) yang menghasilkan askopora. Askopora merupakan hasil kariogami dan meiosis.

  

Trichoderma harzianum dapat tumbuh pada media PDA (Potato

Dextrose Agar ).

  Jamur ini dapat memproduksi enzim selulosa yang berfungsi mendegradasi selulosa dan chitinase yang dapat mendegradasi kitin (komponen penyusun dinding sel jamur). Oleh karena itu, Trichoderma harzianum dapat digunakan sebagai fungisida bagi beberapa jenis jamur lainnya. Hasil metabolit ini dipengaruhi kandungan nutrisi yang terdapat dalam media.

  

Trichoderma harzianum dapat memproduksi beberapa pigmen

  yang bervariasi pada media tertentu seperti pigmen ungu yang dihasilkan pada media yang mengandung ammonium oksalat, dan pigmen jingga yang dihasilkan pada media yang mengandung gelatin atau glukosa, serta pigmen merah pada medium cair yang mengandung glisin dan urea. Selain itu, jamur ini dapat mendegradasi lignin.

  Siklus hidup Trichoderma harzianum sendiri mencapai 28 hari, dan setelah itu ia akan berduplikasi meskipun dengan kecepatan yang lebih rendah dengan range temperature optimum _o untuk jamur ini sekitar 86 - 100 F dan pH sekitar 3

• – 7, namun _o dapat diinokulasi pada tanah selama suhu tanah melebihi 59 F.

  (Sumber : http://www.maximumyield.com/article)

Gambar 2.10 Fungi Trichoderma harzianum

  (Sumber : http://en.wikipedia.org/wiki/Trichoderma_harzianum)

  Kingdom : Fungi Divisi : Ascomycota Class : Sordariomycetes Ordo : Hypocreales Family : Hypocreaceae Genus : Trichoderma Spesies : Trichoderma harzianum

II.3.2.2 Sistematika Mikroorganisme dalam Degradasi Tannin

Gambar 2.11 Mekanisme Degradasi Tannins (Tej K Bhat dkk, 1998)

  Monomer asam galat dapat digunakan sebagai substrat dengan pemecahan secara oksidatif menjadi asam alifatik sederhana yang kemudian masuk kedalam siklus asam sitrat. (Field & Lettinga, 1992). Sebelum pembelahan cincin, asam galat terkonversi menjadi pyrogallol dengan dekarboksilasi galat. Pemecahan secara aerobic senyawa flavonoid berasal dari tannin yang terkondensasi yang terjadi melalui 2 jalur. Degradasi yang pertama ditandai dengan pemecahan cincin heterosiklik dari

  

catechin (flavan-3-ol) menjadi asam phloroglucinol karboksilat

  dengan asam protocatechuic (Barz and Hosel, 1975). Asam phloroglucinol karboksilat dari dekarboksilasi dan pemotongan cincin aromatic dengan berbagai oksigenasi, pada akhirnya membentuk

  β-ketoadipate yang merupakan asam alifatik, dengan

  melalui intermediet seperti phloroglucinol, resorcinol, dan

  

hydroxyhydroquinone . Asam protocatechuic juga terkonversi

  menjadi

  β-ketoadipate melalui jalur β-carboxy cis, cis muconate

  dan cathecol. Senyawa Quercetin (Flavonol) dipecah menjadi 2 yaitu phloroglucinol dan 3,4-Dihydroxyphenylacetat, dimana hasil akhir dari jalur phloroglucinol akan membentuk

  β-

ketoadipate, sedangkan jalur 3,4-Dihydroxyphenylacetat tidak

  terdegradasi lebih lanjut (Fewson 1981; Gibson & Subramanian 1984 ; William 1986).

  Degradasi dari hydrolysable tannins khusunya gallotanins lebih mudah dipahami pada system fungi (Nishira, 1961). Degradasi pada fungi telah dipelajari pada Aspergillus sp. Pada Aspergillus sp, khususnya Aspergillus niger, asam galat yang merupakan monomer phenolic dari tannin terhidrolisa dipecah dengan oksigenasi untuk membentuk asam tricarboxylic tidak stabil yang pada akhirnya terdekarboksilasi untuk membentuk asam cis-aconitic yang kemudian masuk ke siklus asam sitrat (Watanabe, 1965). Namun pada Aspergillus flavus, asam galat terdegradasi membentuk asam oxaloacetic dan akhirnya membentuk asam piruvat melalui asam tricarboxylic (William et al, 1986). Pada Aspergillus niger, pyrogallol, secara oksidatif dipecah menjadi asam cis-aconitic dengan mekanisme yang sama yang telah diamati pada mikroba.

  Jalur degradasi aerob berkerja dengan baik dengan menggunakan Penicillium sp, Aspergillus sp, dan fungi pada tanah seperti Chaetomium cupreum (William et al, 1986). Jalur pada fungi sama dengan jalur yang dimiliki pada bakteri. Mula- mula, catechin terdegradasi membentuk asam phloroglucinol carboxylic dan asam protocathecuic dengan oksidasi catechin. Kemudian asam phloroglucinol carboxylic terdegradasi membentuk phloroglucinol, resorcinol dan hydroxyhydroquinone. dipecah oleh

  

Hydroxyhydroquinone hydroxyquinol-1,2-

dioxygenase untuk membentuk β-ketoadipate.

  II.3.3 Degradasi Phenol Menggunakan Mikroorganisme

  Untuk mikroorganisme yang dapat mendegradasi phenol adalah Aspergillus terreus, Aspergillus nniger, Fusarium sp,

  

Coprinus cinereus, Penicillium sp, Geotrichum candida,

Phanerochaete chrysoporium (Albert dkk, 2012).

  II.3.3.1 Aspergillus niger Aspergillus niger merupakan fungi dari filum

ascomycetes yang berfilamen, mempunyai hifa berseptat, dan