KONVERSI KULIT PISANG MENJADI GLUKOSAMENGGUNAKAN KATALIS ARANG AKTIF TERSULFONASI - Diponegoro University | Institutional Repository (UNDIP-IR)
Jurnal Tekno
nologi Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahun 2013,
20 Halaman 117-124
Online di: http://ejournal-s1.un
.undip.ac.id/index.php/jtki
KONVERSI KULIT
IT PISANG MENJADI GLUKOSAME
ENGGUNAKAN
KATAL
ALIS ARANG AKTIF TERSULFONA
NASI
Riskatamaa Atmaji, Zulfikar Muriadiputra, Didi Dwi Ang
nggoro*)
Jurusan Te
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Dipone
negoro
Jln. Prof. Soedar
darto, Tembalang, Semarang, 50239, Telp/Fax: (024
024)7460058
Abstrak
Penelitian ini mengguna
unakan kulit pisang sebagai sumber selulosa dengan menggunakan
m
katalis arang
aktif tersulfonasi sebagai katalisa
lisator. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui seber
berapa besar pengaruh suhu
hidrolisis, waktu hidrolisis, dan
an massa katalis terhadap yield glukosa.Selain itu, penelitian
pen
ini juga bertujuan
untuk mendapatkan persamaan
an matematis hubungan antara yield dengan variab
iabel-variabelnya dan untuk
mengetahui kondisi optimum hidrolisis
hi
kulit pisang menjadi glukosa yang melipu
iputi suhu hidrolisis, waktu
hidrolisis dan berat katalis.
Rancangan penelitiann in
ini terdiri atasdua tahap yaitu pembuatan katalis dan
an hidrolisis selulosa. Tahap
pembuatan katalis adalah proses
ses sulfonasi arang aktif dengan larutan H2SO4 10 N. Pr
Proses tersebut dilakukan di
dalam sebuah rangkaian alatt llabu leher tiga yang disertai dengan pengaduk dija
dijaga pada suhu 40oC dan
berakhir setelah 6 jam. Setelahh katalis
k
tersebut mengalami proses pengeringan dann kkalsinasi di dalam furnace,
katalis siap untuk digunakan unt
untuk proses hidrolisis di dalam reaktor batch autoclav
lave. Setelah tahap hidrolisis
ditempuh, dilakukan uji kadarr glukosa menggunakan spektrofotometer metode DN
DNS. Data hasil percobaan
diplotkan dalam sebuah model
el matematis dan selanjutnya dioptimasi menggunaka
akan software Statistica 6.0
dengan metode Response Surface
ace Methodology (RSM).
Dari hasil penelitian ddiperoleh model matematis untuk hubungan penggu
gunaan kombinasi aktivator
suhu, waktu dan berat kataliss untuk
u
kadar glukosa : Y = 3,035+0,18 x1 + 0,04 x1² + 0,089 x2 + 0,012 x2²
+0,047x3 – 0,021 x3² – 0,014 x1x2 – 0,087 x1x3 + 0,022 x2x3 . Kondisi optimum variabel
bel hidrolisis terhadap kadar
glukosa diperoleh dari Grafik response
res
fitted surface dan contour plot pada software
re statistica
s
6.0 menunjukkan
suhu optimum hidrolisis berada
da pada rentang 112°C sampai 115°C , waktu hidroli
olisis optimum berada pada
rentang 300-500 menit, dan bera
rat katalis 30 gram dengan kadar glukosa sebesar 3,66 mg/ml.
m
Kata kunci: Kulit pisang; Hidro
rolisis asam; Arang aktif tersulfonasi; Glukosa
Abstract
This research engages
es banana peel as the source of cellulose for hydr
drolysis into glucose using
sulfonated activated carbon as catalyst. The aims of this research are to study
dy the effect of hydrolysis
temperature, hydrolysis times,, and
an the weight of catalyst, to conclude the mathematic
atical model plotted from the
yield and the variables, and to cconclude The optimum conditions for hydrolysis off banana
b
peel cellulose into
glucose which includes hydrolysi
ysis temperature, hydrolysis times, and the weight of cata
atalyst.
This research is design
igned into two steps, the sulfonation of the activated carbon
car
and the hydrolysis of
banana peel cellulose. H2SO44 110 N is used for the sulfonation which is done in 6 hours at 40oC. After the
catalysts are dried and calcinate
ated, the catalysts are ready for the hydrolysis precess
esses which are done in the
autoclave batch reactor. After that,
th spectrophotometer is used to analyze the sample.
le. The results was plotted on
a mathematical model and then
en optimized using the software Statistica 6.0 by Respo
sponse Surface Methodology
method (RSM).
The result obtained byy a mathematical model for relationship activator comb
mbination temperature, time
and weight of catalyst for conten
tent glucose Y = 3,035+0,18 x1 + 0,04 x1² + 0,089 x2 + 0,012 x2² +0,047x3 –
0,021 x3² – 0,014 x1x2 – 0,0877 x1x3 + 0,022 x2x3. The optimum conditions of hydro
drolysis variable for glucose
obtained by statistica 6.0 softw
ftware which the graph fitted response surface andd contour
c
plot indicates the
optimum hydrolysis temperature
re is in the range 112°C to 115°C, the optimum hydrolys
lysis time is in the range 300
minutes to 500 minutes, and the
he optimum weight of catalyst is about 30 gr which thee sample
s
contains 3,6 mg/ml
of glucose.
Keywords: Banana peel; Acidd hhydrolysis; Sulfonated-activated carbon; Glucose
117
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnal Tekno
nologi Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahun 2013,
20 Halaman 117-124
Online di: http://ejournal-s1.un
.undip.ac.id/index.php/jtki
1. Pendahuluan
Minimnya pengetahuan
an dan informasi mengenai potensi-potensi yang dimiliki
dim
suatu bahan dapat
membuat bahan tersebut menjadi
adi terlihat tidak berguna dan tidak memiliki nilai ekono
nomis.Salah satu contoh dari
masalah tersebut adalah limbah
ah kulit pisang yang masih belum mendapatkan penang
anganan cukup.Limbah kulit
pisang masih mengandung pati,
ti, protein, dan serat yang cukup tinggi. Untuk lebih mengoptimalkan
m
fungsinya,
kulit pisang dapat dibuat menjad
jadi bahan lain yang lebih bermanfaat, salah satunyaa adalah glukosa. Pati yang
terkandung dalam kulit pisang da
dapat dipisahkan dan diolah menjadi glukosa dengan car
cara hidrolisis.
Penggunaan alkohol,, khususnya
k
ethanol sebagai bahan bakar alternati
atif merupakan salah satu
pemecahan masalah energi dew
ewasa ini. Pembuatan alkohol dari limbah selulosikk m
merupakan rangkaian dari
proses pembuatan glukosa, dim
imana tahap awalnya dengan menghidrolisis limbah
ah selulosik tersebut (kulit
pisang). Glukosa sebagai hasil
il hidrolisis
h
tersebut kemudian dapat digunakan sebaga
agai bahan baku pembuatan
etanol. Terdapat beberapa meto
tode pada proses konversi karbohidrat menjadi gula
la atau glukosa, diantaranya
dengan hidrolisis asam dan hidrolisis
hi
secara enzimatis. Metode hidrolisis secar
ara enzimatis lebih ramah
lingkungan dibandingkan dengan
an katalis asam, akan tetapi harganya lebih mahal.
Dewasa ini, muncul tek
teknologi baru yang sedang diteliti dan dikembangkann di Jepang, yaitu teknologi
arang aktif tersulfonasi sebagai
gai support katalis. Ayumu Onda, Takafumi Ochi,, dan
d azumichi Yanagisawa
melakukan riset terhadap beber
berapa katalis padat tentang seberapa besar kemamp
mpuannya mengubah bahan
selulosik menjadi glukosa. Hasil
sil penelitian menunjukkan bahwa katalis arang aktif ter
tersulfonasi memiliki kinerja
terbaik dan menghasilkan konver
versi paling tinggi di antara katalis-katalis lain (Onda, et.al.,
et.
2008). Pada penelitian
tersebut, yield glukosa yang dih
dihasilkan adalah sebesar 40%.Di samping menghasilk
silkan konversi yang paling
tinggi, proses hidrolisis menggu
gunakan arang aktif ini lebih murah dibandingkan den
engan menggunakan katalis
enzim. Katalis arang aktif lebih
bih ramah lingkungan apabila dibandingkan dengan katalis
k
asam, karena tidak
memerlukan proses pemisahann katalis
k
dengan produknya (Onda et.al, 2008). Olehh kkarena itu, pada penelitian
kali ini akan digunakan arang akt
aktif tersulfonasi sebagai katalis.
Selain penelitian yangg dilakukan
d
oleh Onda, terdapat penelitian lain yang m
menggunakan katalis arang
aktif tersulfonasi. Pada penelitian
tian tersebut, proses hidrolisis dilakukan pada suhu yang
ng relatif tinggi yaitu 110oC
hingga 180oC dan lama waktu hidrolisis
h
yang relatif singkat, yaitu selama 1 hingga
ga 3 jam. Penelitian tersebut
mendapatkan kondisi optimal pada
pa rentang suhu 120oC hingga 170oC, massa katalis
lis sebesar 20 gram, selama
130 menit (Anggraeni dkk, 2013).
201
Oleh karena itu, pada penelitian kali ini, pros
roses reaksi hidrolisis akan
dioperasikan pada suhu relatiff rendah,
re
yaitu 80oC hingga 110oC dan lama waktu yang
ya lebih panjang, yaitu 2
hingga 6 jam.
2. Bahan dan Metode Penelitian
tian
Material:
Bahan – bahan yang digun
unakan dalam penelitian ini antara lain : arang aktif ters
ersulfonasi dan kulit pisang.
Metode Penelitian:
Penelitian ini terdapat tiga
tig variabel yang diuji, yaitu suhu hidrolisis, waktu hidrolisis,
h
dan berat katalis
arang aktif tersulfonasi.Prosess ssulfonasi arang aktif dilakukan selama 6 jam padaa suhu
s
40°C, menggunakan
H2SO4 10 N sebanyak 500 ccc per 150 gr arang aktif. Pengujian kadar glukosa hasil
h
filtrat hidrolisis pada
penelitian ini menggunakan me
metode spektrofotometri DNS. Kemudian hasil uji
ji kadar
k
glukosa dioptimasi
menggunakan metode Response
se Surface
S
Methodology sehingga didapatkan hasil kondi
disi optimum hidrolisis kulit
pisang berupa suhu, waktu dan be
berat katalis.
118
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnal Tekno
nologi Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahun 2013,
20 Halaman 117-124
Online di: http://ejournal-s1.un
.undip.ac.id/index.php/jtki
Larutan H2SO4
Arang aktif150
ak
gr
Kulit pisang
Reaksi Sulfonasi dalam labu leher
le
tiga
Dicuci bersih
Karbon aktif tersulfonasi
Dikeringkan
Didinginkan pada suhu ruang
ang
Dihaluskan
Penyaringan
Diayak
Katalis arang
aktif tersulfonasi
Aquad
uadest
HIDROLISIS
Pengeringan T = 110 ℃selamaa 2 jam
Pemi
misahan katalis dan filtratnya
Kalsinasi T = 500℃selama 3 jam
ja
Analisa kadar glukosa
Gambar 1.Diagram Alir Pemb
embuatan Katalis
Gambar 2.Diagram Alir Proses Hidrolisis
3. Hasil dan Pembahasan
Pemilihan Jenis Katalis Dan Pengaruh
Pe
Suhu Hidrolisis, Waktu Hidrolisis Dan B
Berat Katalis Arang Aktif
Terhadap Kadar Glukosa.
Proses hidrolisis merup
upakan pemecahan struktur polisakarida menjadi mono
onosakarida dengan bantuan
katalis, baik asam maupun enzi
zim. Proses hidrolisis dalam penelitian ini berfungsi
si memecah stuktur selulosa
menjadi disakarida selobiosa. Se
Selanjutnya selobiosa yang terhidrolisis lebih lanjut ak
akan menghasilkan glukosa.
Katalis yang digunakan adalahh katalis
k
padatberupa arang aktif tersulfonasi. Dalam penelitian
pe
sebelumnya telah
dilakukan karakterisasi katalis untuk
u
menentukan kondisi optimum pembuatan katali
talis. Dari hasil karakterisasi
katalis tersebut, telah ditentukan
an bahwa proses optimal dalam pembuatan katalis ya
yang dapat digunakan pada
proses hidrolisis memiliki kondis
disi operasi suhu 40°C, konsentrasi asam sulfat 10 N, dan
d waktu sulfonasi 6 jam.
Variabel tersebut dipilih berdasar
sarkan uji morfologi katalis, uji gugus fungsi, dan uji BET
BE surface yang dikerjakan
di LIPI, Serpong, dengan hasil luas
lu permukaan sebesar 370,484 m2/g.
Pengaruh suhu hidrolisis terha
hadap kadar glukosa
Hasil penelitian yang te
tertera pada tabel 1 menunjukkan bahwa kadar glukos
osa tertinggi yang diperoleh
sebesar 3,372 mg/ml. Hasil ters
tersebut diperoleh dari variabel dengan kondisi opera
erasi hidrolisis dengan suhu
hidrolisis 113°C, waktu hidrolisis
isis 240 menit dan berat katalis 30 gram (run 10).
Tabel 1 Hasil uji kadar glukosa
Tempuhan
Suhu (oC)
Massa Katalis (gr)
Waktu (menit)
1
80
15
120
Kad
adar Glukosa
(mg/ml)
2,656
2
80
45
120
2,947
3
80
15
360
2,812
4
80
45
360
3,17
5
105
15
120
3,258
6
105
45
120
3,18
7
105
15
360
3,334
8
105
45
360
3,365
9
70
30
240
2,845
10
110
30
240
3,372
11
90
30
38
2,864
12
90
30
438
3,205
13
90
4,77
240
2,93
14
90
55,22
240
2,956
119
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnal Tekno
nologi Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahun 2013,
20 Halaman 117-124
Online di: http://ejournal-s1.un
.undip.ac.id/index.php/jtki
15
90
30
240
3,023
16
90
30
240
3,063
Dari data hasil percoba
baan menunjukan bahwa semakin besar suhu hidrolisi
lisis dengan waktu hidrolisis
dan berat katalis yang sama (run
un no. 9, 15 dan 10) menghasilkan kadar glukosa yang se
semakin tinggi seperti yang
terlihat dari tabel 2.
Ta 2 Hasil uji kadarglukosa dengan variasi suhu
Tabel
No.
o.
Suhu (°C)
Kadar Glukosa (mg/ml)
Tempuh
uhan
9
70
2,845
15
90
3,023
10
110
3,372
Hal tersebut terjadi kare
arena peningkatan suhu dapat mempercepat proses hidro
drolisis yang berperan dalam
pemutusan ikatan lignin dan hemiselulosa.
he
Selain itu peningkatan suhu juga dapat
at meningkatkan laju suatu
reaksi hidrolisis. Adanya pening
ingkatan laju reaksi yang dipengaruhi oleh suhu oper
perasi hidrolisis inilah yang
menghasilkan gula pereduksi lebi
ebih banyak (Thomas Brandberg dkk., 2005).
erhadap Kadar Glukosa
Pengaruh Waktu Hidrolisis ter
Selain suhu pemasaka
kan (hidrolisis), waktu pemasakan juga memberika
ikan pengaruh yang cukup
signifikan terhadap kadar glukos
kosa yang diperoleh. Hasil percobaan menunjukkan bahwa
ba
semakin lama waktu
hidrolisis dengan kondisi operas
rasi suhu hidrolisis dan berat katalis sama (run no. 11,
1, 15, dan 12) menghasilkan
kadar glukosa yang semakin tingg
nggi. Hal ini terlihat dari tabel 3.
Tabell 3 Hasil uji kadarglukosa dengan variasi waktu hidrolisi
lisis
No.
Waktu (menit)
Kadar Glukosa (mg/ml
/ml)
Tempuhan
han
11
38
2,864
15
240
3,023
12
438
3,205
Hal tersebut terjadi kar
karena semakin lama waktu hidrolisis, maka semakin
in banyak terjadinya proses
pemutusan ikatan selulosa dari
ri bahan baku.Oleh karena itu reaksi akan memilikii waktu
w
yang lebih panjang
sehingga glukosa yang diperoleh
eh semakin banyak seiring dengan lamanya waktu hidrol
rolisis.
Pengaruh Berat Katalis Arang
ng Aktif terhadap Kadar Glukosa
Katalis arang aktif ters
ersulfonasi yang digunakan dalam penelitian kali ini ber
berfungsi untuk menurunkan
energi aktivasi reaksi hidrolisis,
s, ssehingga reaksi akan berjalan lebih cepat. Selain itu,, arang
a
aktif berfungsi untuk
memperluas bidang kontak, katal
talis ini memiliki luas permukaan 370,484 m2/g.
Dari data hasil percobaa
baan menunjukkan bahwa pengaruh perbedaan massa katalis
ka
yang digunakan pada
reaksi hidrolisis dengan kondis
disi suhu hidrolisis dan waktu hidrolisis yang samaa (no run 13, 15, dan 14)
menghasilkan kadar glukosa yang
ang diperoleh tidak berpola seperti yang tertera pada tabe
abel 4.
Tabel
el 4 Hasil uji kadarglukosa dengan variabel berat katalis
lis
No.
Berat Katalis (gram)
Kadar Glukosa (mg
mg/ml)
Tempuhan
13
4,77
2,93
15
30
3,023
14
55,22
2,956
Fungsi utama katalis ad
adalah mempercepat laju reaksi. Penambahan katalis sama
sa
sekali tidak membuat
perbedaan posisi keseimbangan,
an, katalis hanya untuk mempercepat titik keseimbanga
ngan dinamis. Tidak adanya
120
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnal Tekno
nologi Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahun 2013,
20 Halaman 117-124
Online di: http://ejournal-s1.un
.undip.ac.id/index.php/jtki
pola yang jelas pada kadar gluko
kosa yang dihasilkan dengan kondisi suhu hidrolisis dan
da waktu reaksi yang sama
dikarenakan dalam proses hidro
rolisis, gugus H+ dari asam akan mengubah gugus serat
se
dari selulosa menjadi
gugus radikal bebas. Gugus radik
dikal bebas serat selulosa yang kemudian akan berikata
atan dengan gugus OH- dari
air dan bereaksi yang menghasilk
ilkan gula reduksi. Pada saat konsentrasi asam yang kec
ecil kebutuhan H+ dari asam
belum mencukupi sehingga tida
idak banyak terbentuk gugus radikal bebas dari selulo
losa dan gula reduksi yang
dihasilkan belum maksimal.Nam
amun jika dilakukan penambahan konsentrasi larutann aasam terlalu banyak justru
gula reduksi yang dihasilkan semakin
se
menurun. Penambahan konsentrasi larutan aasam akan terbentuk lebih
banyak gugus radikal bebas, tetapi
tet
penambahan konsentrasi larutan asam menyeba
ebabkan semakin sedikit air
dalam komposisi larutan hidrolis
lisis. Sehingga kebutuhan OH- sebagai pengikat radikal
al bebas serat berkurang dan
glukosa yang dihasilkan semakin
in sedikit (Daniel De Idral dkk., 2012).
Optimasi Proses dengan Mengg
nggunakan Metode RSM dalam Menentukan Kondisi
isi Optimum Hidrolisis
Hasil percobaan dianali
alisa dengan metode RSM yang dilakukan dengan bantuan
ban
softwarestatistica 6.
Hasil dari optimasi proses didap
dapatkan persamaan 4.1 yaitu persamaan empiris yang
ang menunjukkan hubungan
antara suhu hidrolisis, waktu hidrolisis
hid
dan berat katalis dengan kadar glukosa yang
ang dapat dinyatakan dalam
persamaan sebagai berikut:
Y = 3,035+0,18 x1 + 0,0
0,04 x1² + 0,089 x2 + 0,012 x2² +0,047x3 – 0,021 x3² – 0,014 x1x2 – 0,087 x1x3
+ 0,022 x2x3
…………………..(4.1)
1)
Dimana
Y
x1
x2
x3
= kadar glukosa (mg/ml)
= suhu hidrolisis (°C)
= waktu hidrolisis (menit)
= massa katalis (gr)
Dari persamaan tersebu
but bisa dilihat bahwa koefisien X1 (L) bertanda positif
itif hal ini berarti suhu yang
digunakan dalam reaksi secara
ara linier akan meningkatkan kadar glukosa karena
na peningkatan suhu akan
menggeser reaksi ke kanan atau
tau ke arah pembentukan produk sehingga kadar gluk
lukosa yang dihasilkan akan
semakin banyak. Begitu pula pada
pad koefisien X1 (Q) yang memberikan nilai positif yan
yang berarti secara quadratik
akan meningkatkan kadar glukos
kosa yang diperoleh. Koefisien X2 (L) bertanda positif
if hhal ini berarti peningkatan
waktu reaksi hidrolisis secara lin
linier akan meningkatkan kadar glukosa. Begitu pula ppada koefisien X2 (Q) yang
memberikan nilai positif yang
ng berarti adanya peningkatan waktu reaksi hidrolis
lisis secara quadratik akan
meningkatkan kadar glukosa yan
ang diperoleh. Koefisien X3 (L) bertanda positif hal ini
ni berarti peningkatan massa
katalis secara linier akan menin
ingkatkan kadar glukosa. Sedangkan X3 (Q) bertandaa negatif, ini berarti bahwa
adanya peningkatan massa katali
talis secara kuadratik justru akan menurunkan kadar glukosa
glu
yang diperoleh. Dari
analisa tersebut, dapat disimpulka
lkan bahwa variabel yang membawa pengaruh terbesar
ar adalah
a
suhu hidrolisis. Hal
ini diperkuat dengan pareto chart
art yang tampak pada gambar 3.
Pareto Chart of Standardized Effects; Variable: Kadar Glukosa
3 factors, 1 Blocks, 16 Runs; MS Residual=.0054586
DV: Kadar Glukosa
(1)Suhu(L)
8.9
.97708
4.453504
(2)Waktu(L)
1Lby3L
-3.33061
2.364864
(3)Katalis(L)
Suhu(Q)
Katalis(Q)
2Lby3L
1.641987
-.870353
.8422245
1Lby2L
-.564673
Waktu(Q)
.4923602
p=.05
Effect Estimate (Absolute Value)
Gambar 3.Pareto Chart
121
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnal Tekno
nologi Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahun 2013,
20 Halaman 117-124
Online di: http://ejournal-s1.un
.undip.ac.id/index.php/jtki
Keakuratan model mat
atematik dapat dianalisis dengan ANOVA yang ditu
ditunjukkan pada tabel 4.6.
Keakuratan metode ini dapat dike
iketahui dari harga koefisien determinasi, R2 yang menc
encapai 0,815. Dari harga R2
ini dapat disimpulkan bahwa nilai
nil yang diperkirakan dengan model mendekati nilai
lai yang diperoleh dari hasil
percobaan. Ini menandakan bahw
ahwa 81,5 % dari total variasi pada hasil yang diperole
oleh terwakili dalam model.
Keakuratan model ini juga dapa
pat diketahui bahwa nilai F hasil perhitungan sebesar
sar 17,639 lebih dari nilai F
dalam tabel distribusi.
Ta 5 Analisa ANOVA untuk nilai kadar glukosa
Tabel
df
SS
MS
F
F Tabel
R2
Regresi
3
0,5733
0,1911
17,6396
0,000107
0,815
Error
12
0,13001
0,01083
Total
15
0,7033
Analisa kondisi opera
erasi optimum diselesaikan menggunakan analisiss permukaan respon yaitu
menggunakana grafik optimasi
si 3 dimensi dan grafik kontur permukaan. Grafik optimasi
opt
3 dimensi terdiri 2
variabel bebas dan 1 variabel terikat,
ter
sehingga satu variabel bebas lainnya merupakan
an bilangan konstan. Sumbu
x dan y merupakan variabell bebas
b
dan sumbu z menunjukkan nilai variabel ter
terikat. Pada grafik kontur
permukaan tergambar daerah-dae
daerah warna, dimana interaksi yang paling optimal ada
dalah yang berada di daerah
yang berwarna merah paling tua.
a.
Fitted Surface; Variable: Kadar Glukosa
3 factors, 1 Blocks, 16 Runs; MS Residual=.005
054586
DV: Kadar Glukosa
Fitted Surface; Variable: Kadar
Ka
Glukosa
3 factors, 1 Blocks, 16 Runs; MS Residual=.0054586
R
DV: Kadar Glukos
kosa
500
450
400
350
Waktu
300
250
200
150
100
50
3.6
3.4
3.2
3
2.8
0
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
3.6
3.4
3.2
3
2.8
Suhu
hu
Gambar 3. Grafik optim
timasi 3 dimensi dan Grafik kontur suhu terhadap waktu
ktu reaksi hidrolisis
Fitted Surface; Variable: Kadar
Ka Glukosa
Fitted Surface; Variable: Kadar Glukosa
sa
3 factors, 1 Blocks, 16 Runs; MS Residual=.00
.0054586
DV: Kadar Glukosa
3 factors, 1 Blocks, 16 Runs; MS R
Residual=.0054586
DV: Kadar Glukos
kosa
60
50
Katalis
40
30
20
3.6
3.4
3.2
3
2.8
2.6
2.4
10
0
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
3.6
3.4
3.2
3
2.8
2.6
2.4
Suhu
122
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnal Tekno
nologi Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahun 2013,
20 Halaman 117-124
Online di: http://ejournal-s1.un
.undip.ac.id/index.php/jtki
Gambar 4. Grafik
fik optimasi 3 dimensi dan Grafik kontur suhu terhadap berat
b
katalis
Fitted Surface; Variable: Kadar Gluk
lukosa
3 factors, 1 Blocks, 16 Runs; MS Residual
al=.0054586
DV: Kadar Glukosa
Fitted Surface; Variable: Kad
adar Glukosa
3 factors, 1 Blocks, 16 Runs; MS Residual=.0054586
Re
DV: Kadar Glukosa
sa
60
50
Katalis
40
30
20
10
3.3
3.2
3.1
3
2.9
0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
3.3
3.2
3.1
3
2.9
Waktu
Gambar 5. Grafik op
optimasi 3 dimensi dan Grafik berat katalisterhadap waktu
wa
hidrolisis
Pada Gambar 3, terlihat
at bahwa kadar glukosa makin tinggi apabila suhu berad
rada pada rentang 112oC dan
115 C, dan waktu hidrolisis bera
rada pada rentang 300-500 menit. Hal yang dapat menje
njelaskan fenomena tersebut
adalah bahwa peningkatan suhu
hu dapat meningkatkan laju suatu reaksi hidrolisis,se
,serta semakin lama waktu
hidrolisis, maka semakin banyak
ak terjadinya proses pemutusan ikatan selulosa dari baha
ahan baku. Dengan kata lain,
peningkatan suhu dan lama wakt
aktu hidrolisis adalah berbanding lurus dengan pending
ingkatan kadar glukosa yang
dihasilkan.
o
hu
antara suhu hidrolisis dan berat katalis yan
yang digunakan,terdapat dua
Pada gambar 4 yaitu hubungan
bagian, pertama, bahwa kadar glukosa
glu
makin tinggi apabila berada diantara 112oC dan
an 115oC pada rentang berat
katalis antara 0 gr dan 5 gr, ked
edua, bahwa kadar glukosa makin tinggi apabila berad
rada diantara 65oC dan 67oC
pada rentang berat katalis antara
tara 58 gr dan 60 gr. Pada hubungan ini berimplikasi
asi bahwa peningkatan suhu
membawa dampak yang lebih signifikan
si
dibandingkan dengan dampak yang dibawaa oleh penambahan katalis.
Katalis tidak terlalu berpengaruh
ruh terhadap konversi selulosa ke glukosa karena kata
atalis hanya berfungsi untuk
menurunkan energi aktivasi reaks
aksi hidrolisis dan memperluas bidang kontak, sehingga
ga reaksi akan berjalan lebih
cepat.
Gambar 5 memperjelas
as pembahasan sebelumnya, bahwa penambahan katalis
alis tidak membawa dampak
signifikan pada kadar glukosaa yang terbentuk. Bahkan justru terjadi penurunan kkadar glukosa pada waktu
hidrolisis di bawah 200 menit dan massa katalis di atas 40 gram. Katalis memang dapa
pat mempercepat laju reaksi,
namun penambahan katalis sam
ama sekali tidak membuat perbedaan posisi keseimban
bangan, katalis hanya untuk
mempercepat titik keseimbangan
gan dinamis. Penurunan kadar glukosa pada kondisii suhu
s
hidrolisis dan waktu
reaksi yang sama dikarenakann dalam
d
proses hidrolisis gugus H+ dari asam akan mengubah
m
gugus serat dari
selulosa menjadi gugus radikall bebas.
b
Gugus radikal bebas serat selulosa yang kemud
udian akan berikatan dengan
gugus OH- dari air dan bereak
aksi yang menghasilkan gula reduksi. Pada saat kon
onsentrasi asam yang kecil
kebutuhan H+ dari asam belum
m mencukupi sehingga tidak banyak terbentuk guguss rradikal bebas dari selulosa
dan gula reduksi yang dihasilkan
an belum maksimal.Namun jika dilakukan penambahan
han konsentrasi larutan asam
terlalu banyak justru gula reduksi
ksi yang dihasilkan semakin menurun. Penambahan kon
onsentrasi larutan asam akan
terbentuk lebih banyak gugus radikal
rad
bebas, tetapi penambahan konsentrasi larutan asa
asam menyebabkan semakin
sedikit air dalam komposisi laru
arutan hidrolisis. Sehingga kebutuhan OH- sebagai pengikat
pe
radikal bebas serat
berkurang dan glukosa yang diha
ihasilkan semakin sedikit (Daniel De Idral dkk., 2012).
imasi dan penjelasan di atas, dapat ditarik kesimpulan bahwa
ba
kondisi optimal pada
Dari grafik-grafik optim
proses hidrolisis kulit pisang ini
ni aadalah pada rentang suhu 112oC hungga 115oC, waktu
ktu hidrolisis 300 hingga 500
menit, dan berat katalis 30 gram..
123
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnal Tekno
nologi Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahun 2013,
20 Halaman 117-124
Online di: http://ejournal-s1.un
.undip.ac.id/index.php/jtki
4. Kesimpulan
1.
2.
3.
Pengaruh suhu, waktu, dann berat katalis dalam hidrolisis kulit pisang padapeneli
elitian ini dapat ditunjukkan
dalam persamaan berikut: Y = 3,035 + 0,18x1 + 0,04x1² + 0,089x2 + 0,012x2² + 0,047x3 – 0,021x3² –
0,014x1x2 – 0,087x1x3 + 00,022x2x3 . Dengan x1 mewakili suhu operasi hidro
drolisis, x2 mewakili waktu
hidrolisi, dan x3 mewakili
ili massa katalis, maka dapat disimpulkan bahwa suhu
su
dan waktu hidrolisis
berpengaruh linear atau bberbanding lurus terhadap yield glukosa. Sedang
ngkan massa katalis akan
berpengaruh negatif terhadap
dap yield apabila jumlahnya berlebihan.
Suhu dan waktu hidrolisis be
berpengaruh cukup signifikan terhadap yield glukosa yang
ya dihasilkan, akan tetapi
pengaruh massa katalis terha
rhadap yield glukosa masih minumum.
Optimasi variabel proses hi
hidrolisis kulit pisang menggunakanresponse surfacee methodologymenghasilkan
m
kondisi optimal pada rentang
ang suhu 112oC hingga 115oC, waktu hidrolisis 300 hin
hingga 500 menit, dan berat
katalis 30 gram dengan gluko
ukosa yang dihasilkan sebanyak 3,6 mg/ml.
Ucapan Terima Kasih
Ucapan terima kasih ditujukan
di
kepada ketua dan laboran Laboratorium Rekayasa
Rek
Proses dan Kimia,
serta kepada Fakultas Teknik
ik Universitas Diponegoro atas pendanaan yang membantu
me
terselesaikannya
penelitian ini.
Daftar Pustaka
Anggraeni, P. dan Addarojah,, Z.,
Z 2013. Hidrolisis Selulosa Eceng Gondok Menjadi
adi Glukosa Dengan Katalis
Arang Aktif Tersulfonasi.. Jurnal Teknologi Kimia dan Industri volume 2 nomor
or 3, halaman 63-69
Brandberg, T., Sanandaji, N.,Gu
,Gustaffson, L., Franzen, C. J.. 2005. Continuous Ferm
ermentation of Undetoxified
Dilute Acid Lignocellul
lulose Hydrolysate by Saccharomyces cerevisae AT
ATCC 96581 Using Cell
Recirculation. Biotechnolo
ology Progress, 21, 1093-1101
De Idral, Daniel , Salim, M., da
dan Mardiah, E., 2012. Pembuatan Bioetanol Dari Ampas
Am
Sagu Dengan Proses
Hidrolisis Asam Dan Men
enggunakan Saccharomyces cereviseae. Jurnal Kimia Unand
U
volume 1 nomor 1
Dewati, R., 2008. Limbah Kulit
it P
Pisang Kepok Sebagai Bahan Baku Pembuatan Ethano
anol. UPN Veteran Jatim
Fatmawati, A., Soeseno, N., Chip
hiptadi, N., Natalia,S., 2008. Hidrolisis Batang Padi De
Dengan Menggunakan Asam
Sulfat Encer. Jurnal Tekni
knik Kimia Vol. 3 No. 1, 189
Kuntarsih, Sri. 2012. Pedoman Penanganan
P
Pascapanen Pisang.
Lenth, R. V., 2010. Response-Sur
Surface Methods in R, Using RSM. The University of Lo
Lowa Ver 1.40, 5
Mastuti, Endang dan Setyawardh
rdhani, Dwi. 2010. Pengaruh Variasi Temperatur dan
an konsentrasi Katalis Pada
Kinetika Reaksi Hidrolisis
isis Tepung Kulit Ketela Pohon. Ekuilibrium Vol. 9 No.
o. 1,
1 23 – 27
Onda A., Ochi T., Yanagisawaa K., 2009. Hydrolysis of Cellulose Selectively into
to Glucose Over Sulfonated
Activated-carbon Catalyst
lyst Under Hydrothermal Conditions. Topics in Catalysis
sis Vol. 52, 801-807
Rachmaniah, Orchide, Krishnan
nanta, A., dan Ricardo, D.. 2012. Acid Hydrolysiss Pretreatment
P
of BagasseLignocellulosic Material
al for
f Bioethanol Production. Departement of Chemical
al Engineering,
E
FTI-ITS
Retno, D. T.. 2011. Pembuatann Bioetanol
B
Dari Kulit Pisang. Pengembangan Teknolog
logi Kimia untuk Pengolahan
Sumber Daya Alam Indon
onesia, ISSN 1693-4393, E11-2
Rispiandi, 2011.Preparasi dan
an Karakterisasi Katalis Heterogen Arang Aktif Tersulfonasi
Te
Untuk Proses
Hidrolisis Selulosa Menja
njadi Glukosa. Jurnal Fluida Vol. VII No. 1 1-11, 1-3
Sembiring, Meilita T. dan Sinaga
aga, Tuti S.. 2003. Pengenalan dan Proses Pembuatann Arang
A
Aktif. Jurnal Teknik
Industri Universitas Suma
matera Utara, 1-2
Yuniwati, M., Ismiyati, D., Kurniasih,
Ku
R., 2011.Kinetika Reaksi Hidrolisis Pati
ati Pisang Tanduk Dengan
Katalisator Asam Khlorid
rida. Jurnal Teknologi Vol. 4 No. 2 107-112, 106
124
*) Penulis Penanggung Jawab
nologi Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahun 2013,
20 Halaman 117-124
Online di: http://ejournal-s1.un
.undip.ac.id/index.php/jtki
KONVERSI KULIT
IT PISANG MENJADI GLUKOSAME
ENGGUNAKAN
KATAL
ALIS ARANG AKTIF TERSULFONA
NASI
Riskatamaa Atmaji, Zulfikar Muriadiputra, Didi Dwi Ang
nggoro*)
Jurusan Te
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Dipone
negoro
Jln. Prof. Soedar
darto, Tembalang, Semarang, 50239, Telp/Fax: (024
024)7460058
Abstrak
Penelitian ini mengguna
unakan kulit pisang sebagai sumber selulosa dengan menggunakan
m
katalis arang
aktif tersulfonasi sebagai katalisa
lisator. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui seber
berapa besar pengaruh suhu
hidrolisis, waktu hidrolisis, dan
an massa katalis terhadap yield glukosa.Selain itu, penelitian
pen
ini juga bertujuan
untuk mendapatkan persamaan
an matematis hubungan antara yield dengan variab
iabel-variabelnya dan untuk
mengetahui kondisi optimum hidrolisis
hi
kulit pisang menjadi glukosa yang melipu
iputi suhu hidrolisis, waktu
hidrolisis dan berat katalis.
Rancangan penelitiann in
ini terdiri atasdua tahap yaitu pembuatan katalis dan
an hidrolisis selulosa. Tahap
pembuatan katalis adalah proses
ses sulfonasi arang aktif dengan larutan H2SO4 10 N. Pr
Proses tersebut dilakukan di
dalam sebuah rangkaian alatt llabu leher tiga yang disertai dengan pengaduk dija
dijaga pada suhu 40oC dan
berakhir setelah 6 jam. Setelahh katalis
k
tersebut mengalami proses pengeringan dann kkalsinasi di dalam furnace,
katalis siap untuk digunakan unt
untuk proses hidrolisis di dalam reaktor batch autoclav
lave. Setelah tahap hidrolisis
ditempuh, dilakukan uji kadarr glukosa menggunakan spektrofotometer metode DN
DNS. Data hasil percobaan
diplotkan dalam sebuah model
el matematis dan selanjutnya dioptimasi menggunaka
akan software Statistica 6.0
dengan metode Response Surface
ace Methodology (RSM).
Dari hasil penelitian ddiperoleh model matematis untuk hubungan penggu
gunaan kombinasi aktivator
suhu, waktu dan berat kataliss untuk
u
kadar glukosa : Y = 3,035+0,18 x1 + 0,04 x1² + 0,089 x2 + 0,012 x2²
+0,047x3 – 0,021 x3² – 0,014 x1x2 – 0,087 x1x3 + 0,022 x2x3 . Kondisi optimum variabel
bel hidrolisis terhadap kadar
glukosa diperoleh dari Grafik response
res
fitted surface dan contour plot pada software
re statistica
s
6.0 menunjukkan
suhu optimum hidrolisis berada
da pada rentang 112°C sampai 115°C , waktu hidroli
olisis optimum berada pada
rentang 300-500 menit, dan bera
rat katalis 30 gram dengan kadar glukosa sebesar 3,66 mg/ml.
m
Kata kunci: Kulit pisang; Hidro
rolisis asam; Arang aktif tersulfonasi; Glukosa
Abstract
This research engages
es banana peel as the source of cellulose for hydr
drolysis into glucose using
sulfonated activated carbon as catalyst. The aims of this research are to study
dy the effect of hydrolysis
temperature, hydrolysis times,, and
an the weight of catalyst, to conclude the mathematic
atical model plotted from the
yield and the variables, and to cconclude The optimum conditions for hydrolysis off banana
b
peel cellulose into
glucose which includes hydrolysi
ysis temperature, hydrolysis times, and the weight of cata
atalyst.
This research is design
igned into two steps, the sulfonation of the activated carbon
car
and the hydrolysis of
banana peel cellulose. H2SO44 110 N is used for the sulfonation which is done in 6 hours at 40oC. After the
catalysts are dried and calcinate
ated, the catalysts are ready for the hydrolysis precess
esses which are done in the
autoclave batch reactor. After that,
th spectrophotometer is used to analyze the sample.
le. The results was plotted on
a mathematical model and then
en optimized using the software Statistica 6.0 by Respo
sponse Surface Methodology
method (RSM).
The result obtained byy a mathematical model for relationship activator comb
mbination temperature, time
and weight of catalyst for conten
tent glucose Y = 3,035+0,18 x1 + 0,04 x1² + 0,089 x2 + 0,012 x2² +0,047x3 –
0,021 x3² – 0,014 x1x2 – 0,0877 x1x3 + 0,022 x2x3. The optimum conditions of hydro
drolysis variable for glucose
obtained by statistica 6.0 softw
ftware which the graph fitted response surface andd contour
c
plot indicates the
optimum hydrolysis temperature
re is in the range 112°C to 115°C, the optimum hydrolys
lysis time is in the range 300
minutes to 500 minutes, and the
he optimum weight of catalyst is about 30 gr which thee sample
s
contains 3,6 mg/ml
of glucose.
Keywords: Banana peel; Acidd hhydrolysis; Sulfonated-activated carbon; Glucose
117
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnal Tekno
nologi Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahun 2013,
20 Halaman 117-124
Online di: http://ejournal-s1.un
.undip.ac.id/index.php/jtki
1. Pendahuluan
Minimnya pengetahuan
an dan informasi mengenai potensi-potensi yang dimiliki
dim
suatu bahan dapat
membuat bahan tersebut menjadi
adi terlihat tidak berguna dan tidak memiliki nilai ekono
nomis.Salah satu contoh dari
masalah tersebut adalah limbah
ah kulit pisang yang masih belum mendapatkan penang
anganan cukup.Limbah kulit
pisang masih mengandung pati,
ti, protein, dan serat yang cukup tinggi. Untuk lebih mengoptimalkan
m
fungsinya,
kulit pisang dapat dibuat menjad
jadi bahan lain yang lebih bermanfaat, salah satunyaa adalah glukosa. Pati yang
terkandung dalam kulit pisang da
dapat dipisahkan dan diolah menjadi glukosa dengan car
cara hidrolisis.
Penggunaan alkohol,, khususnya
k
ethanol sebagai bahan bakar alternati
atif merupakan salah satu
pemecahan masalah energi dew
ewasa ini. Pembuatan alkohol dari limbah selulosikk m
merupakan rangkaian dari
proses pembuatan glukosa, dim
imana tahap awalnya dengan menghidrolisis limbah
ah selulosik tersebut (kulit
pisang). Glukosa sebagai hasil
il hidrolisis
h
tersebut kemudian dapat digunakan sebaga
agai bahan baku pembuatan
etanol. Terdapat beberapa meto
tode pada proses konversi karbohidrat menjadi gula
la atau glukosa, diantaranya
dengan hidrolisis asam dan hidrolisis
hi
secara enzimatis. Metode hidrolisis secar
ara enzimatis lebih ramah
lingkungan dibandingkan dengan
an katalis asam, akan tetapi harganya lebih mahal.
Dewasa ini, muncul tek
teknologi baru yang sedang diteliti dan dikembangkann di Jepang, yaitu teknologi
arang aktif tersulfonasi sebagai
gai support katalis. Ayumu Onda, Takafumi Ochi,, dan
d azumichi Yanagisawa
melakukan riset terhadap beber
berapa katalis padat tentang seberapa besar kemamp
mpuannya mengubah bahan
selulosik menjadi glukosa. Hasil
sil penelitian menunjukkan bahwa katalis arang aktif ter
tersulfonasi memiliki kinerja
terbaik dan menghasilkan konver
versi paling tinggi di antara katalis-katalis lain (Onda, et.al.,
et.
2008). Pada penelitian
tersebut, yield glukosa yang dih
dihasilkan adalah sebesar 40%.Di samping menghasilk
silkan konversi yang paling
tinggi, proses hidrolisis menggu
gunakan arang aktif ini lebih murah dibandingkan den
engan menggunakan katalis
enzim. Katalis arang aktif lebih
bih ramah lingkungan apabila dibandingkan dengan katalis
k
asam, karena tidak
memerlukan proses pemisahann katalis
k
dengan produknya (Onda et.al, 2008). Olehh kkarena itu, pada penelitian
kali ini akan digunakan arang akt
aktif tersulfonasi sebagai katalis.
Selain penelitian yangg dilakukan
d
oleh Onda, terdapat penelitian lain yang m
menggunakan katalis arang
aktif tersulfonasi. Pada penelitian
tian tersebut, proses hidrolisis dilakukan pada suhu yang
ng relatif tinggi yaitu 110oC
hingga 180oC dan lama waktu hidrolisis
h
yang relatif singkat, yaitu selama 1 hingga
ga 3 jam. Penelitian tersebut
mendapatkan kondisi optimal pada
pa rentang suhu 120oC hingga 170oC, massa katalis
lis sebesar 20 gram, selama
130 menit (Anggraeni dkk, 2013).
201
Oleh karena itu, pada penelitian kali ini, pros
roses reaksi hidrolisis akan
dioperasikan pada suhu relatiff rendah,
re
yaitu 80oC hingga 110oC dan lama waktu yang
ya lebih panjang, yaitu 2
hingga 6 jam.
2. Bahan dan Metode Penelitian
tian
Material:
Bahan – bahan yang digun
unakan dalam penelitian ini antara lain : arang aktif ters
ersulfonasi dan kulit pisang.
Metode Penelitian:
Penelitian ini terdapat tiga
tig variabel yang diuji, yaitu suhu hidrolisis, waktu hidrolisis,
h
dan berat katalis
arang aktif tersulfonasi.Prosess ssulfonasi arang aktif dilakukan selama 6 jam padaa suhu
s
40°C, menggunakan
H2SO4 10 N sebanyak 500 ccc per 150 gr arang aktif. Pengujian kadar glukosa hasil
h
filtrat hidrolisis pada
penelitian ini menggunakan me
metode spektrofotometri DNS. Kemudian hasil uji
ji kadar
k
glukosa dioptimasi
menggunakan metode Response
se Surface
S
Methodology sehingga didapatkan hasil kondi
disi optimum hidrolisis kulit
pisang berupa suhu, waktu dan be
berat katalis.
118
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnal Tekno
nologi Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahun 2013,
20 Halaman 117-124
Online di: http://ejournal-s1.un
.undip.ac.id/index.php/jtki
Larutan H2SO4
Arang aktif150
ak
gr
Kulit pisang
Reaksi Sulfonasi dalam labu leher
le
tiga
Dicuci bersih
Karbon aktif tersulfonasi
Dikeringkan
Didinginkan pada suhu ruang
ang
Dihaluskan
Penyaringan
Diayak
Katalis arang
aktif tersulfonasi
Aquad
uadest
HIDROLISIS
Pengeringan T = 110 ℃selamaa 2 jam
Pemi
misahan katalis dan filtratnya
Kalsinasi T = 500℃selama 3 jam
ja
Analisa kadar glukosa
Gambar 1.Diagram Alir Pemb
embuatan Katalis
Gambar 2.Diagram Alir Proses Hidrolisis
3. Hasil dan Pembahasan
Pemilihan Jenis Katalis Dan Pengaruh
Pe
Suhu Hidrolisis, Waktu Hidrolisis Dan B
Berat Katalis Arang Aktif
Terhadap Kadar Glukosa.
Proses hidrolisis merup
upakan pemecahan struktur polisakarida menjadi mono
onosakarida dengan bantuan
katalis, baik asam maupun enzi
zim. Proses hidrolisis dalam penelitian ini berfungsi
si memecah stuktur selulosa
menjadi disakarida selobiosa. Se
Selanjutnya selobiosa yang terhidrolisis lebih lanjut ak
akan menghasilkan glukosa.
Katalis yang digunakan adalahh katalis
k
padatberupa arang aktif tersulfonasi. Dalam penelitian
pe
sebelumnya telah
dilakukan karakterisasi katalis untuk
u
menentukan kondisi optimum pembuatan katali
talis. Dari hasil karakterisasi
katalis tersebut, telah ditentukan
an bahwa proses optimal dalam pembuatan katalis ya
yang dapat digunakan pada
proses hidrolisis memiliki kondis
disi operasi suhu 40°C, konsentrasi asam sulfat 10 N, dan
d waktu sulfonasi 6 jam.
Variabel tersebut dipilih berdasar
sarkan uji morfologi katalis, uji gugus fungsi, dan uji BET
BE surface yang dikerjakan
di LIPI, Serpong, dengan hasil luas
lu permukaan sebesar 370,484 m2/g.
Pengaruh suhu hidrolisis terha
hadap kadar glukosa
Hasil penelitian yang te
tertera pada tabel 1 menunjukkan bahwa kadar glukos
osa tertinggi yang diperoleh
sebesar 3,372 mg/ml. Hasil ters
tersebut diperoleh dari variabel dengan kondisi opera
erasi hidrolisis dengan suhu
hidrolisis 113°C, waktu hidrolisis
isis 240 menit dan berat katalis 30 gram (run 10).
Tabel 1 Hasil uji kadar glukosa
Tempuhan
Suhu (oC)
Massa Katalis (gr)
Waktu (menit)
1
80
15
120
Kad
adar Glukosa
(mg/ml)
2,656
2
80
45
120
2,947
3
80
15
360
2,812
4
80
45
360
3,17
5
105
15
120
3,258
6
105
45
120
3,18
7
105
15
360
3,334
8
105
45
360
3,365
9
70
30
240
2,845
10
110
30
240
3,372
11
90
30
38
2,864
12
90
30
438
3,205
13
90
4,77
240
2,93
14
90
55,22
240
2,956
119
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnal Tekno
nologi Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahun 2013,
20 Halaman 117-124
Online di: http://ejournal-s1.un
.undip.ac.id/index.php/jtki
15
90
30
240
3,023
16
90
30
240
3,063
Dari data hasil percoba
baan menunjukan bahwa semakin besar suhu hidrolisi
lisis dengan waktu hidrolisis
dan berat katalis yang sama (run
un no. 9, 15 dan 10) menghasilkan kadar glukosa yang se
semakin tinggi seperti yang
terlihat dari tabel 2.
Ta 2 Hasil uji kadarglukosa dengan variasi suhu
Tabel
No.
o.
Suhu (°C)
Kadar Glukosa (mg/ml)
Tempuh
uhan
9
70
2,845
15
90
3,023
10
110
3,372
Hal tersebut terjadi kare
arena peningkatan suhu dapat mempercepat proses hidro
drolisis yang berperan dalam
pemutusan ikatan lignin dan hemiselulosa.
he
Selain itu peningkatan suhu juga dapat
at meningkatkan laju suatu
reaksi hidrolisis. Adanya pening
ingkatan laju reaksi yang dipengaruhi oleh suhu oper
perasi hidrolisis inilah yang
menghasilkan gula pereduksi lebi
ebih banyak (Thomas Brandberg dkk., 2005).
erhadap Kadar Glukosa
Pengaruh Waktu Hidrolisis ter
Selain suhu pemasaka
kan (hidrolisis), waktu pemasakan juga memberika
ikan pengaruh yang cukup
signifikan terhadap kadar glukos
kosa yang diperoleh. Hasil percobaan menunjukkan bahwa
ba
semakin lama waktu
hidrolisis dengan kondisi operas
rasi suhu hidrolisis dan berat katalis sama (run no. 11,
1, 15, dan 12) menghasilkan
kadar glukosa yang semakin tingg
nggi. Hal ini terlihat dari tabel 3.
Tabell 3 Hasil uji kadarglukosa dengan variasi waktu hidrolisi
lisis
No.
Waktu (menit)
Kadar Glukosa (mg/ml
/ml)
Tempuhan
han
11
38
2,864
15
240
3,023
12
438
3,205
Hal tersebut terjadi kar
karena semakin lama waktu hidrolisis, maka semakin
in banyak terjadinya proses
pemutusan ikatan selulosa dari
ri bahan baku.Oleh karena itu reaksi akan memilikii waktu
w
yang lebih panjang
sehingga glukosa yang diperoleh
eh semakin banyak seiring dengan lamanya waktu hidrol
rolisis.
Pengaruh Berat Katalis Arang
ng Aktif terhadap Kadar Glukosa
Katalis arang aktif ters
ersulfonasi yang digunakan dalam penelitian kali ini ber
berfungsi untuk menurunkan
energi aktivasi reaksi hidrolisis,
s, ssehingga reaksi akan berjalan lebih cepat. Selain itu,, arang
a
aktif berfungsi untuk
memperluas bidang kontak, katal
talis ini memiliki luas permukaan 370,484 m2/g.
Dari data hasil percobaa
baan menunjukkan bahwa pengaruh perbedaan massa katalis
ka
yang digunakan pada
reaksi hidrolisis dengan kondis
disi suhu hidrolisis dan waktu hidrolisis yang samaa (no run 13, 15, dan 14)
menghasilkan kadar glukosa yang
ang diperoleh tidak berpola seperti yang tertera pada tabe
abel 4.
Tabel
el 4 Hasil uji kadarglukosa dengan variabel berat katalis
lis
No.
Berat Katalis (gram)
Kadar Glukosa (mg
mg/ml)
Tempuhan
13
4,77
2,93
15
30
3,023
14
55,22
2,956
Fungsi utama katalis ad
adalah mempercepat laju reaksi. Penambahan katalis sama
sa
sekali tidak membuat
perbedaan posisi keseimbangan,
an, katalis hanya untuk mempercepat titik keseimbanga
ngan dinamis. Tidak adanya
120
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnal Tekno
nologi Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahun 2013,
20 Halaman 117-124
Online di: http://ejournal-s1.un
.undip.ac.id/index.php/jtki
pola yang jelas pada kadar gluko
kosa yang dihasilkan dengan kondisi suhu hidrolisis dan
da waktu reaksi yang sama
dikarenakan dalam proses hidro
rolisis, gugus H+ dari asam akan mengubah gugus serat
se
dari selulosa menjadi
gugus radikal bebas. Gugus radik
dikal bebas serat selulosa yang kemudian akan berikata
atan dengan gugus OH- dari
air dan bereaksi yang menghasilk
ilkan gula reduksi. Pada saat konsentrasi asam yang kec
ecil kebutuhan H+ dari asam
belum mencukupi sehingga tida
idak banyak terbentuk gugus radikal bebas dari selulo
losa dan gula reduksi yang
dihasilkan belum maksimal.Nam
amun jika dilakukan penambahan konsentrasi larutann aasam terlalu banyak justru
gula reduksi yang dihasilkan semakin
se
menurun. Penambahan konsentrasi larutan aasam akan terbentuk lebih
banyak gugus radikal bebas, tetapi
tet
penambahan konsentrasi larutan asam menyeba
ebabkan semakin sedikit air
dalam komposisi larutan hidrolis
lisis. Sehingga kebutuhan OH- sebagai pengikat radikal
al bebas serat berkurang dan
glukosa yang dihasilkan semakin
in sedikit (Daniel De Idral dkk., 2012).
Optimasi Proses dengan Mengg
nggunakan Metode RSM dalam Menentukan Kondisi
isi Optimum Hidrolisis
Hasil percobaan dianali
alisa dengan metode RSM yang dilakukan dengan bantuan
ban
softwarestatistica 6.
Hasil dari optimasi proses didap
dapatkan persamaan 4.1 yaitu persamaan empiris yang
ang menunjukkan hubungan
antara suhu hidrolisis, waktu hidrolisis
hid
dan berat katalis dengan kadar glukosa yang
ang dapat dinyatakan dalam
persamaan sebagai berikut:
Y = 3,035+0,18 x1 + 0,0
0,04 x1² + 0,089 x2 + 0,012 x2² +0,047x3 – 0,021 x3² – 0,014 x1x2 – 0,087 x1x3
+ 0,022 x2x3
…………………..(4.1)
1)
Dimana
Y
x1
x2
x3
= kadar glukosa (mg/ml)
= suhu hidrolisis (°C)
= waktu hidrolisis (menit)
= massa katalis (gr)
Dari persamaan tersebu
but bisa dilihat bahwa koefisien X1 (L) bertanda positif
itif hal ini berarti suhu yang
digunakan dalam reaksi secara
ara linier akan meningkatkan kadar glukosa karena
na peningkatan suhu akan
menggeser reaksi ke kanan atau
tau ke arah pembentukan produk sehingga kadar gluk
lukosa yang dihasilkan akan
semakin banyak. Begitu pula pada
pad koefisien X1 (Q) yang memberikan nilai positif yan
yang berarti secara quadratik
akan meningkatkan kadar glukos
kosa yang diperoleh. Koefisien X2 (L) bertanda positif
if hhal ini berarti peningkatan
waktu reaksi hidrolisis secara lin
linier akan meningkatkan kadar glukosa. Begitu pula ppada koefisien X2 (Q) yang
memberikan nilai positif yang
ng berarti adanya peningkatan waktu reaksi hidrolis
lisis secara quadratik akan
meningkatkan kadar glukosa yan
ang diperoleh. Koefisien X3 (L) bertanda positif hal ini
ni berarti peningkatan massa
katalis secara linier akan menin
ingkatkan kadar glukosa. Sedangkan X3 (Q) bertandaa negatif, ini berarti bahwa
adanya peningkatan massa katali
talis secara kuadratik justru akan menurunkan kadar glukosa
glu
yang diperoleh. Dari
analisa tersebut, dapat disimpulka
lkan bahwa variabel yang membawa pengaruh terbesar
ar adalah
a
suhu hidrolisis. Hal
ini diperkuat dengan pareto chart
art yang tampak pada gambar 3.
Pareto Chart of Standardized Effects; Variable: Kadar Glukosa
3 factors, 1 Blocks, 16 Runs; MS Residual=.0054586
DV: Kadar Glukosa
(1)Suhu(L)
8.9
.97708
4.453504
(2)Waktu(L)
1Lby3L
-3.33061
2.364864
(3)Katalis(L)
Suhu(Q)
Katalis(Q)
2Lby3L
1.641987
-.870353
.8422245
1Lby2L
-.564673
Waktu(Q)
.4923602
p=.05
Effect Estimate (Absolute Value)
Gambar 3.Pareto Chart
121
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnal Tekno
nologi Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahun 2013,
20 Halaman 117-124
Online di: http://ejournal-s1.un
.undip.ac.id/index.php/jtki
Keakuratan model mat
atematik dapat dianalisis dengan ANOVA yang ditu
ditunjukkan pada tabel 4.6.
Keakuratan metode ini dapat dike
iketahui dari harga koefisien determinasi, R2 yang menc
encapai 0,815. Dari harga R2
ini dapat disimpulkan bahwa nilai
nil yang diperkirakan dengan model mendekati nilai
lai yang diperoleh dari hasil
percobaan. Ini menandakan bahw
ahwa 81,5 % dari total variasi pada hasil yang diperole
oleh terwakili dalam model.
Keakuratan model ini juga dapa
pat diketahui bahwa nilai F hasil perhitungan sebesar
sar 17,639 lebih dari nilai F
dalam tabel distribusi.
Ta 5 Analisa ANOVA untuk nilai kadar glukosa
Tabel
df
SS
MS
F
F Tabel
R2
Regresi
3
0,5733
0,1911
17,6396
0,000107
0,815
Error
12
0,13001
0,01083
Total
15
0,7033
Analisa kondisi opera
erasi optimum diselesaikan menggunakan analisiss permukaan respon yaitu
menggunakana grafik optimasi
si 3 dimensi dan grafik kontur permukaan. Grafik optimasi
opt
3 dimensi terdiri 2
variabel bebas dan 1 variabel terikat,
ter
sehingga satu variabel bebas lainnya merupakan
an bilangan konstan. Sumbu
x dan y merupakan variabell bebas
b
dan sumbu z menunjukkan nilai variabel ter
terikat. Pada grafik kontur
permukaan tergambar daerah-dae
daerah warna, dimana interaksi yang paling optimal ada
dalah yang berada di daerah
yang berwarna merah paling tua.
a.
Fitted Surface; Variable: Kadar Glukosa
3 factors, 1 Blocks, 16 Runs; MS Residual=.005
054586
DV: Kadar Glukosa
Fitted Surface; Variable: Kadar
Ka
Glukosa
3 factors, 1 Blocks, 16 Runs; MS Residual=.0054586
R
DV: Kadar Glukos
kosa
500
450
400
350
Waktu
300
250
200
150
100
50
3.6
3.4
3.2
3
2.8
0
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
3.6
3.4
3.2
3
2.8
Suhu
hu
Gambar 3. Grafik optim
timasi 3 dimensi dan Grafik kontur suhu terhadap waktu
ktu reaksi hidrolisis
Fitted Surface; Variable: Kadar
Ka Glukosa
Fitted Surface; Variable: Kadar Glukosa
sa
3 factors, 1 Blocks, 16 Runs; MS Residual=.00
.0054586
DV: Kadar Glukosa
3 factors, 1 Blocks, 16 Runs; MS R
Residual=.0054586
DV: Kadar Glukos
kosa
60
50
Katalis
40
30
20
3.6
3.4
3.2
3
2.8
2.6
2.4
10
0
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
3.6
3.4
3.2
3
2.8
2.6
2.4
Suhu
122
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnal Tekno
nologi Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahun 2013,
20 Halaman 117-124
Online di: http://ejournal-s1.un
.undip.ac.id/index.php/jtki
Gambar 4. Grafik
fik optimasi 3 dimensi dan Grafik kontur suhu terhadap berat
b
katalis
Fitted Surface; Variable: Kadar Gluk
lukosa
3 factors, 1 Blocks, 16 Runs; MS Residual
al=.0054586
DV: Kadar Glukosa
Fitted Surface; Variable: Kad
adar Glukosa
3 factors, 1 Blocks, 16 Runs; MS Residual=.0054586
Re
DV: Kadar Glukosa
sa
60
50
Katalis
40
30
20
10
3.3
3.2
3.1
3
2.9
0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
3.3
3.2
3.1
3
2.9
Waktu
Gambar 5. Grafik op
optimasi 3 dimensi dan Grafik berat katalisterhadap waktu
wa
hidrolisis
Pada Gambar 3, terlihat
at bahwa kadar glukosa makin tinggi apabila suhu berad
rada pada rentang 112oC dan
115 C, dan waktu hidrolisis bera
rada pada rentang 300-500 menit. Hal yang dapat menje
njelaskan fenomena tersebut
adalah bahwa peningkatan suhu
hu dapat meningkatkan laju suatu reaksi hidrolisis,se
,serta semakin lama waktu
hidrolisis, maka semakin banyak
ak terjadinya proses pemutusan ikatan selulosa dari baha
ahan baku. Dengan kata lain,
peningkatan suhu dan lama wakt
aktu hidrolisis adalah berbanding lurus dengan pending
ingkatan kadar glukosa yang
dihasilkan.
o
hu
antara suhu hidrolisis dan berat katalis yan
yang digunakan,terdapat dua
Pada gambar 4 yaitu hubungan
bagian, pertama, bahwa kadar glukosa
glu
makin tinggi apabila berada diantara 112oC dan
an 115oC pada rentang berat
katalis antara 0 gr dan 5 gr, ked
edua, bahwa kadar glukosa makin tinggi apabila berad
rada diantara 65oC dan 67oC
pada rentang berat katalis antara
tara 58 gr dan 60 gr. Pada hubungan ini berimplikasi
asi bahwa peningkatan suhu
membawa dampak yang lebih signifikan
si
dibandingkan dengan dampak yang dibawaa oleh penambahan katalis.
Katalis tidak terlalu berpengaruh
ruh terhadap konversi selulosa ke glukosa karena kata
atalis hanya berfungsi untuk
menurunkan energi aktivasi reaks
aksi hidrolisis dan memperluas bidang kontak, sehingga
ga reaksi akan berjalan lebih
cepat.
Gambar 5 memperjelas
as pembahasan sebelumnya, bahwa penambahan katalis
alis tidak membawa dampak
signifikan pada kadar glukosaa yang terbentuk. Bahkan justru terjadi penurunan kkadar glukosa pada waktu
hidrolisis di bawah 200 menit dan massa katalis di atas 40 gram. Katalis memang dapa
pat mempercepat laju reaksi,
namun penambahan katalis sam
ama sekali tidak membuat perbedaan posisi keseimban
bangan, katalis hanya untuk
mempercepat titik keseimbangan
gan dinamis. Penurunan kadar glukosa pada kondisii suhu
s
hidrolisis dan waktu
reaksi yang sama dikarenakann dalam
d
proses hidrolisis gugus H+ dari asam akan mengubah
m
gugus serat dari
selulosa menjadi gugus radikall bebas.
b
Gugus radikal bebas serat selulosa yang kemud
udian akan berikatan dengan
gugus OH- dari air dan bereak
aksi yang menghasilkan gula reduksi. Pada saat kon
onsentrasi asam yang kecil
kebutuhan H+ dari asam belum
m mencukupi sehingga tidak banyak terbentuk guguss rradikal bebas dari selulosa
dan gula reduksi yang dihasilkan
an belum maksimal.Namun jika dilakukan penambahan
han konsentrasi larutan asam
terlalu banyak justru gula reduksi
ksi yang dihasilkan semakin menurun. Penambahan kon
onsentrasi larutan asam akan
terbentuk lebih banyak gugus radikal
rad
bebas, tetapi penambahan konsentrasi larutan asa
asam menyebabkan semakin
sedikit air dalam komposisi laru
arutan hidrolisis. Sehingga kebutuhan OH- sebagai pengikat
pe
radikal bebas serat
berkurang dan glukosa yang diha
ihasilkan semakin sedikit (Daniel De Idral dkk., 2012).
imasi dan penjelasan di atas, dapat ditarik kesimpulan bahwa
ba
kondisi optimal pada
Dari grafik-grafik optim
proses hidrolisis kulit pisang ini
ni aadalah pada rentang suhu 112oC hungga 115oC, waktu
ktu hidrolisis 300 hingga 500
menit, dan berat katalis 30 gram..
123
*) Penulis Penanggung Jawab
Jurnal Tekno
nologi Kimia dan Industri, Vol. 2, No. 4, Tahun 2013,
20 Halaman 117-124
Online di: http://ejournal-s1.un
.undip.ac.id/index.php/jtki
4. Kesimpulan
1.
2.
3.
Pengaruh suhu, waktu, dann berat katalis dalam hidrolisis kulit pisang padapeneli
elitian ini dapat ditunjukkan
dalam persamaan berikut: Y = 3,035 + 0,18x1 + 0,04x1² + 0,089x2 + 0,012x2² + 0,047x3 – 0,021x3² –
0,014x1x2 – 0,087x1x3 + 00,022x2x3 . Dengan x1 mewakili suhu operasi hidro
drolisis, x2 mewakili waktu
hidrolisi, dan x3 mewakili
ili massa katalis, maka dapat disimpulkan bahwa suhu
su
dan waktu hidrolisis
berpengaruh linear atau bberbanding lurus terhadap yield glukosa. Sedang
ngkan massa katalis akan
berpengaruh negatif terhadap
dap yield apabila jumlahnya berlebihan.
Suhu dan waktu hidrolisis be
berpengaruh cukup signifikan terhadap yield glukosa yang
ya dihasilkan, akan tetapi
pengaruh massa katalis terha
rhadap yield glukosa masih minumum.
Optimasi variabel proses hi
hidrolisis kulit pisang menggunakanresponse surfacee methodologymenghasilkan
m
kondisi optimal pada rentang
ang suhu 112oC hingga 115oC, waktu hidrolisis 300 hin
hingga 500 menit, dan berat
katalis 30 gram dengan gluko
ukosa yang dihasilkan sebanyak 3,6 mg/ml.
Ucapan Terima Kasih
Ucapan terima kasih ditujukan
di
kepada ketua dan laboran Laboratorium Rekayasa
Rek
Proses dan Kimia,
serta kepada Fakultas Teknik
ik Universitas Diponegoro atas pendanaan yang membantu
me
terselesaikannya
penelitian ini.
Daftar Pustaka
Anggraeni, P. dan Addarojah,, Z.,
Z 2013. Hidrolisis Selulosa Eceng Gondok Menjadi
adi Glukosa Dengan Katalis
Arang Aktif Tersulfonasi.. Jurnal Teknologi Kimia dan Industri volume 2 nomor
or 3, halaman 63-69
Brandberg, T., Sanandaji, N.,Gu
,Gustaffson, L., Franzen, C. J.. 2005. Continuous Ferm
ermentation of Undetoxified
Dilute Acid Lignocellul
lulose Hydrolysate by Saccharomyces cerevisae AT
ATCC 96581 Using Cell
Recirculation. Biotechnolo
ology Progress, 21, 1093-1101
De Idral, Daniel , Salim, M., da
dan Mardiah, E., 2012. Pembuatan Bioetanol Dari Ampas
Am
Sagu Dengan Proses
Hidrolisis Asam Dan Men
enggunakan Saccharomyces cereviseae. Jurnal Kimia Unand
U
volume 1 nomor 1
Dewati, R., 2008. Limbah Kulit
it P
Pisang Kepok Sebagai Bahan Baku Pembuatan Ethano
anol. UPN Veteran Jatim
Fatmawati, A., Soeseno, N., Chip
hiptadi, N., Natalia,S., 2008. Hidrolisis Batang Padi De
Dengan Menggunakan Asam
Sulfat Encer. Jurnal Tekni
knik Kimia Vol. 3 No. 1, 189
Kuntarsih, Sri. 2012. Pedoman Penanganan
P
Pascapanen Pisang.
Lenth, R. V., 2010. Response-Sur
Surface Methods in R, Using RSM. The University of Lo
Lowa Ver 1.40, 5
Mastuti, Endang dan Setyawardh
rdhani, Dwi. 2010. Pengaruh Variasi Temperatur dan
an konsentrasi Katalis Pada
Kinetika Reaksi Hidrolisis
isis Tepung Kulit Ketela Pohon. Ekuilibrium Vol. 9 No.
o. 1,
1 23 – 27
Onda A., Ochi T., Yanagisawaa K., 2009. Hydrolysis of Cellulose Selectively into
to Glucose Over Sulfonated
Activated-carbon Catalyst
lyst Under Hydrothermal Conditions. Topics in Catalysis
sis Vol. 52, 801-807
Rachmaniah, Orchide, Krishnan
nanta, A., dan Ricardo, D.. 2012. Acid Hydrolysiss Pretreatment
P
of BagasseLignocellulosic Material
al for
f Bioethanol Production. Departement of Chemical
al Engineering,
E
FTI-ITS
Retno, D. T.. 2011. Pembuatann Bioetanol
B
Dari Kulit Pisang. Pengembangan Teknolog
logi Kimia untuk Pengolahan
Sumber Daya Alam Indon
onesia, ISSN 1693-4393, E11-2
Rispiandi, 2011.Preparasi dan
an Karakterisasi Katalis Heterogen Arang Aktif Tersulfonasi
Te
Untuk Proses
Hidrolisis Selulosa Menja
njadi Glukosa. Jurnal Fluida Vol. VII No. 1 1-11, 1-3
Sembiring, Meilita T. dan Sinaga
aga, Tuti S.. 2003. Pengenalan dan Proses Pembuatann Arang
A
Aktif. Jurnal Teknik
Industri Universitas Suma
matera Utara, 1-2
Yuniwati, M., Ismiyati, D., Kurniasih,
Ku
R., 2011.Kinetika Reaksi Hidrolisis Pati
ati Pisang Tanduk Dengan
Katalisator Asam Khlorid
rida. Jurnal Teknologi Vol. 4 No. 2 107-112, 106
124
*) Penulis Penanggung Jawab