2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Klasifikasi dan Deskripsi Sargassum sp

Sargassum adalah salah satu genus dari kelompok rumput laut coklat yang

merupakan genera terbesar dari family sargassaceae. Klasifikasi Sargassum sp

(Anggadiredja et al. 2006) adalah sebagai berikut :

Divisio : Thallophyta

Kelas : Phaeophyceae

Bangsa : Fucales

Suku : Sargassaceae

Marga : Sargassum

Jenis : Sargassum polyfolium

Sargassum crassifolium

Sargassum merupakan alga coklat yang terdiri dari kurang lebih 400 jenis

di dunia. Jenis-jenis Sargassum sp yang dikenal di Indonesia ada sekitar 12

spesies, yaitu : Sargassum duplicatum, S. histrix, S. echinocarpum, S. gracilimun,

S. obtusifolium, S. binderi, S. policystum, S. crassifolium, S. microphylum, S.

aquofilum, S. vulgare, dan S. polyceratium (Rachmat 1999). Bentuk Sargassum sp

dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1 Rumput laut coklat (Sargassum sp)

Sumber : Kadi (2010).

4

Sargassum sp. memiliki bentuk thallus gepeng, banyak percabangan yang

menyerupai pepohonan di darat, bangun daun melebar, lonjong seperti pedang,

memiliki gelembung udara yang umumnya soliter, batang utama bulat agak kasar,

dan holdfast (bagian yang digunakan untuk melekat) berbentuk cakram. Pinggir

daun bergerigi jarang, berombak, dan ujung melengkung atau meruncing

(Anggadiredja et al. 2008). Sargassum biasanya dicirikan oleh tiga sifat yaitu

adanya pigmen coklat yang menutupi warna hijau, hasil fotosintesis terhimpun

dalam bentuk laminaran dan alginat serta adanya flagel (Tjondronegoro et al.

1989). Sargassum tersebar luas di Indonesia, tumbuh di perairan yang terlindung

maupun yang berombak besar pada habitat batu. Di Kepulauan Seribu (Jakarta)

alga ini biasa disebut oseng. Zat yang dapat diekstraksi dari alga ini berupa alginat

yaitu suatu garam dari asam alginik yang mengandung ion sodium, kalsium

dan barium (Aslan 1999). Pada umumnya Sargassum tumbuh di daerah terumbu

karang (coral reef) seperti di Kepulauan Seribu, terutama di daerah rataan pasir

(sand flat ). Daerah ini akan kering pada saat surut rendah, mempunyai dasar

berpasir dan terdapat pula pada karang hidup atau mati. Pada batu-batu ini tumbuh

dan melekat rumput laut coklat (Atmadja dan Soelistijo 1988).

Rumput laut jenis Sargassum umumnya merupakan tanaman perairan yang

mempunyai warna coklat, berukuran relatif besar, tumbuh dan berkembang pada

substrat dasar yang kuat. Bagian atas tanaman menyerupai semak yang berbentuk

simetris bilateral atau radial serta dilengkapi bagian sisi pertumbuhan. Umumnya

rumput laut tumbuh secara liar dan masih belum dimanfaatkan secara baik..

Rumput laut coklat memiliki pigmen yang memberikan warna coklat dan dapat

menghasilkan algin atau alginat, laminarin, selulosa, fikoidin dan manitol yang

komposisinya sangat tergantung pada jenis (spesies), masa perkembangan dan

kondisi tempat tumbuhnya (Maharani dan Widyayanti 2010).

Komponen utama dari alga adalah karbohidrat sedangkan komponen lainnya

yaitu protein, lemak, abu (sodium dan potasium) dan air 80-90% (Chapman

1970). Komposisi kimia Sargassum menurut Yunizal (2004) dapat dilihat pada

Tabel 1.

5

Tabel 1 Komposisi Kimia Sargassum sp dari Kepulauan Seribu

Komposisi Kimia Persentase (%)

Karbohidrat 19,06

Protein 5,53

Lemak 0,74

Air 11,71

Abu 34,57

Serat Kasar 28,39

Sumber : Yunizal 2004

2.2 Alginat dan Ekstraksi Alginat

Alginat adalah fikokoloid atau hidrokoloid yang diekstraksi dari

Phaeophyceae (alga coklat). Senyawa alginat merupakan suatu polimer linier yang

terdiri dari dua satuan monomerik, ß -D -asam manuronat dan α -L -asam

guluronat (Horn 2000). Rumput laut coklat yang potensial untuk digunakan

sebagai sumber penghasil alginat diantaranya adalah jenis Macrocystis,

Turbinaria, Padina dan Sargassum sp. Kandungan alginat pada rumput laut coklat

tergantung musim, tempat tumbuh, umur panen dan jenis rumput laut.

Alginat terdapat pada semua jenis alga coklat sebagai komponen penyusun

dinding sel seperti hal selulose dan pektin. Secara kimia, asam alginat adalah

senyawa komplek yang termasuk karbohidrat koloidal hidrofilik hasil polimerisasi

D asam Mannuronat dengan rumus kimianya (C6H8O6)n dimana nilai n diantara

80 sampai 83 (Maharani dan Widyayanti 2010).

Pada prinsipnya ekstraksi alginat dilakukan dengan memasak ganggang

coklat dalam suasana basa dengan larutan Na2CO3 atau NaOH, kemudian larutan

alginat kasar ini ditambahkan asam mineral kuat sehingga asam alginat

mengendap. Beberapa proses pemurnian produk ini melibatkan proses

penjernihan, pemucatan, dan pengendapan kalsium alginat. Produk akhir

umumnya dijadikan bentuk garam alginat yang dapat larut dalam air, terutama

natrium alginat (Maharani dan Widyayanti 2010).

Proses pembuatan alginat menurut Rasyid (2010) dimulai dengan

perendaman rumput laut dengan HCl 5% selama 1 jam untuk menghilangkan sisa-

6

sisa kotoran yang masih menempel sehingga mempermudah proses pembentukan

asam alginat, kemudian dicuci dengan akuades untuk menghilangkan sisa asam.

Sampel yang sudah dicuci ditambahkan larutan natrium karbonat 4% untuk

pembentukan natrium alginat sambil diaduk sampai menjadi pasta. Pasta yang

terbentuk diencerkan dengan aquades sambil diaduk kemudian disaring.

Selanjutnya dipucatkan dengan menambahkan larutan hidrogen peroksida 25% ke

dalam filtrat dan kemudian ditambahkan larutan kalsium klorida 5% sehingga

terbentuk endapan berwarna putih. Ke dalam endapan yang terbentuk

ditambahkan larutan asam klorida 5%. Asam alginat yang terbentuk ditandai

dengan timbulnya gumpalan di bagian atas cairan. Setelah disaring, residu yang

diperoleh ditambah dengan larutan natrium hidroksida 10%. Untuk proses

pemurnian dan memudahkan penyaringan, ke dalam campuran ditambahkan

isopropanol 95%. Endapan bersama kertas saring yang telah diketahui bobotnya

dikeringkan dalam oven suhu 600C. Endapan yang telah kering ditimbang

bersama kertas saring untuk penentuan kadar natrium alginat. Hasil yang

diperoleh adalah natrium alginat, selanjutnya dihaluskan dan dianalisis kadar

natrium alginat, kadar air dan nilai viskositasnya.

2.3 Limbah Rumput Laut

Berdasarkan catatan statistik Departemen Kelautan dan Perikanan 2007

(DKP 2008) produksi rumput laut nasional pada tahun 2004 baru mencapai

410.570 ton. Pada tahun 2005 jumlah produksi tersebut meningkat menjadi

910.636 ton, kemudian pada tahun 2006 terus meningkat hingga mencapai

1.079.850 ton. Pada tahun 2007, tercatat sebanyak 1.343.700 ton rumput laut

dihasilkan dalam waktu satu tahun. Nilai produksi yang sangat besar ini

dikarenakan permintaan rumput laut sebagai bahan baku industri sangat besar baik

di dalam maupun di luar negeri. Peningkatan ini didukung oleh kegiatan intensif

budi daya rumput laut yang dilakukan oleh pemerintah dan masyarakat. Indonesia

memiliki potensi sebanyak 540 jenis rumput laut tetapi sampai saat ini, jenis

rumput laut yang banyak dibudidayakan hanya berkisar kurang dari 10 jenis,

Pengolahan dari 100% rumput laut segar menghasilkan limbah olahan yang

belum diolah dan dioptimalkan dengan baik di Indonesia. Besarnya potensi dan

7

prospek pengolahan rumput laut masih belum diimbangi dengan penanganan

pengolahan limbahnya. Sehingga limbah pengolahan rumput laut cenderung

terbuang dan hanya menjadi sampah organik. Pada tahun 2008 limbah dari

pengolahan rumput laut sekitar 1.682.542 ton. Jumlah yang besar ini sangat

disayangkan jika tidak diolah dan dimanfaatkan dengan baik (Harvey 2009). Perlu

adanya pemanfaatan dan pengolahan limbah sehingga dapat menerapkan prinsip

“zero waste industry”. Produk olahan limbah tersebut dapat menjadi suatu produk

yang memiliki nilai tambah yang jauh lebih tinggi jika dibandingkan dengan nilai

produk awalnya. Limbah hasil olahan rumput laut tersebut masih mengandung

selulosa dan kadar selulosa yang dikandung oleh limbah mencapai 15-25%.

Selulosa tersebut merupakan bahan baku yang berpotensi untuk pembuatan

bioetanol (Kim et al. 2007).

2.4 Hidrolisis Enzim

Hidrolisis adalah reaksi kimia yang memecah molekul air (H2O) menjadi

kation hydrogen (H+) dan anion hidroksida (OH

-) melalui suatu proses kimia.

Proses ini biasanya digunakan untuk memecah polimer tertentu, contohnya

polimer organik yang memiliki rantai karbon. Ada tiga metode hidrolisis yang

biasa digunakan, yaitu 1) hidrolisis asam encer (dilute acid hydrolysis), 2)

hidrolisis asam pekat (concentrated acid hydrolisis) dan 3) hidrolisis enzim

(enzyme hydrolysis). Hidrolisis selulosa menjadi gula-gula sederhana dapat

dilakukan menggunakan tiga metode di atas. Namun dari beberapa penelitian

melaporkan bahwa proses hidrolisis secara enzimatis lebih menguntungkan dari

pada menggunakan asam yaitu tidak menimbulkan korosi, proses dapat

berlangsung pada kondisi mild (pH 4,8 dan suhu 500C) dan rendemen lebih tinggi

(Duff dan Murray 1996).

Proses hidrolisis selulosa secara enzimatis menghasilkan gula pereduksi

(glukosa). Selanjutnya glukosa tersebut digunakan sebagai substrat dalam

produksi etanol melalui proses fermentasi. Selulase adalah enzim yang dapat

mengkatalis terjadinya reaksi hidrolisis selulosa menjadi glukosa. Tiga enzim

utama yang terdapat dalam selulase kompleks adalah endoglukonase,

eksoglukonase, dan selobiase (β-glukosidase). Endoglukonase menghidrolisis

8

ikatan 1,4-β-glikosidik secara acak pada daerah amorf selulosa menghasilkan

glukosa, selubiosa dan selodekstrin. Eksoglukanase menghidrolisis selodektrin

dengan memutus unit selubiosa dari ujung rantai polimer, sedangkan selobiose

menghidrolisis selubiosa dan selo-oligosakarida menjadi glukosa (Syamsudin

2006).

Hemiselulase adalah kelompok enzim yang mempunyai kemampuan

menghidrolisis hemiselulosa. Hidrolisis dari hemiselulosa dapat dipantau dari

jumlah D-xilosa, L-arabinosa, D-glukosa, D-mannosa, D-galaktosa dan L-amnosa

yang dihasilkan. Karena kemampuannya dalam menghidrolisis xilan, maka

hemiselulase biasa disebut juga dengan xilanase.

Trichoderma viride merupakan salah satu mikroorganisme yang dapat

menghasilkan enzim selulase untuk memecah selulosa menjadi gula-gula

sederhana. T. viride termasuk dalam genus Trichoderma, famili Moniliceae dan

ordo Moniliales. Kapang ini mudah dilihat karena penampakannya berserabut

seperti kapas namun jika spora telah timbul akan tampak berwarna hijau tua

(Domsch dan Gams 1972). T. viride mampu memproduksi kompleks enzim

selulase yang lengkap yaitu endoselulase dan eksoselulase yang dapat

menghidrolisis selulosa kristalin dan selulosa non kristalin. Pada enzim selulosa

dapat terjadi sinergisme antara endoselulase dan eksoselulase, dan juga antar

eksoselulase.

Pertumbuhan T. viride optimal pada pH sekitar 4 sedangkan untuk produksi

enzim selulase mendekati pH 3. Selama produksi enzim, pH harus dipertahankan

dalam kisaran 3-4 karena inaktivasi enzim akan terjadi di bawah pH 2. Suhu

optimum pertumbuhan sekitar 32 – 350

C dan produksi enzim sekitar 25 – 300

C.

Karakteristik dari enzim selulase adalah memiliki pH optimum 4 dan akan tetap

stabil pada pH 3 – 7. Suhu optimum adalah 500

C dan aktivasinya akan menurun

jika suhunya lebih dari 500

C (Waluyo 2004).

Trichoderma viride selain mampu memproduksi enzim selulase, juga dapat

menghasilkan enzim endo-1,4-xilanase yang dapat mendegradasi xilan. Berat

molekul xilanase yang dihasilkan dari Trichoderma viride adalah sebesar 22.000

dalton. T. viride mampu secara simultan melakukan proses detoksifikasi dan

produksi enzim secara simultan pada hidrolisat asam yang mengandung senyawa-

9

senyawa inhibitor seperti furfural dan hydroxymethylfurfural. Kapang ini juga

mampu memetabolisme gula dari golongan pentosa maupun heksosa dan tidak

terlalu sensitif terhadap material-material lignoselulosik.

2.5 Sakarifikasi dan Fermentasi Simultan

Secara umum sintesa bioetanol yang berasal dari biomassa terdiri atas dua

tahap utama, yaitu hidrolisis dan fermentasi. Pada metode terdahulu proses

hidrolisis dan fermentasi dilakukan secara terpisah dan yang terbaru adalah proses

sakarifikasi dan fermentasi simultan.

Sakarifikasi dan fermentasi simultan (SFS) adalah kombinasi antara

hidrolisis enzim dan fermentasi yang dilakukan dalam suatu reaktor. Proses ini

memiliki keuntungan yaitu polisakarida yang terkonversi menjadi monosakarida

tidak kembali menjadi polisakarida karena monosakarida langsung difermentasi

menjadi etanol (Samsuri et al. 2007). Pada proses SFS, hidrolisis selulosa dan

fermentasi gula tidak dilakukan secara terpisah atau bertahap, tetapi secara

simultan. Mikrob yang digunakan pada proses SFS biasanya adalah jamur

penghasil enzim selulase, seperti T. reesei, T.viride, dan khamir S. cerevisiae.

Suhu optimal proses SFS adalah 38°C, yang merupakan perpaduan suhu optimal

hidrolisis (45–50°C) dan suhu optimal fermentasi (30°C). Proses SFS memiliki

keunggulan dibandingkan dengan proses hidrolisis dan fermentasi bertahap.

Beberapa keunggulan tersebut adalah: 1) meningkatkan kecepatan hidrolisis

dengan mengonversi gula yang terbentuk dari hasil hidrolisis selulosa yang

menghambat aktivitas enzim selulase, 2) mengurangi kebutuhan enzim, 3)

meningkatkan rendemen produk, 4) mengurangi kebutuhan kondisi steril karena

glukosa langsung dikonversi menjadi etanol, 5) waktu proses lebih pendek, dan

6) volume reaktor lebih kecil karena hanya digunakan satu reaktor (Sun dan

Cheng 2002).

2.6 Mikroba Penghasil Etanol

Fermentasi adalah suatu proses perubahan kimia pada substrat organik, baik

karbohidrat, protein, lemak atau lainnya, melalui kegiatan katalis biokimia yang

dikenal sebagai enzim dan dihasilkan oleh jenis mikroba yang spesifik (Prescot

10

dan Dunn 1981). Menurut Oura di dalam Dellweg (1983), secara sederhana proses

fermentasi alkohol dari bahan baku yang mengandung gula (glukosa) terlihat pada

reaksi berikut :

C6H12O6 2C2H5OH + 2 CO2

Dari reaksi di atas, 70% energi bebas yang dihasilkan dibebaskan sebagai

panas. Secara teoritis 51,5% karbohidrat diubah menjadi etanol dan 48,9%

menjadi CO2.

Khamir yang sering digunakan dalam proses fermentasi etanol adalah

Saccharomyces cereviceae, karena jenis ini dapat berproduksi tinggi, toleran

terhadap etanol yang cukup tinggi (12-18% v/v), tahan terhadap kadar gula tinggi

dan tetap aktif melakukan fermentasi pada suhu 4-320

C (Harrison dan Graham

1970)

Saccharomyces cereviceae merupakan salah satu mikroorganisme penghasil

bioetanol melalui proses fermentasi. S. cereviceae termasuk ke dalam kelas

Ascomucetes yang dicirikan dengan pembentukan askus yang merupakan tempat

pembentukan askopora. S. cereviceae memperbanyak diri secara aseksual yaitu

dengan bertunas (Pelezar dan Chan 1986). Saccharomyces cereviceae sering

digunakan dalam fermentasi etanol karena sangat tahan dan toleran terhadap kadar

etanol yang tinggi (12-18% v/v), tahan pada kadar gula yang cukup tinggi dan

tetap aktif melakukan fermentasi pada suhu 4-320C. S. cereviceae mempunyai

aktivitas optimum pada suhu 30-340C dan tidak aktif pada suhu lebih dari 40

0C. S.

cereviceae dapat memfermentasi glukosa, sukrosa, galaktosa serta rafinosa

(Kunkee dan Mardon 1970). Biakan S. cerviceae mempunyai kecepatan

fermentasi optimum pada pH 4,48 (Harrison dan Graham 1970).

Rendemen alkohol dari heksosa dalam fermentasi menggunakan khamir dari

genus Saccharomyces dapat mencapai 90% (Boyles 1984 diacu dalam Arnata

2009). Proses fermentasi oleh Saccharomyces adalah proses pengubahan sebagian

besar energi dari gula ke dalam bentuk etanol. Efisiensi pengubahan energi

tersebut dapat mencapai 97% (Campbel 1983). Mekanisme pembentukan etanol

oleh khamir melalui jalur Embden-Meyerhorf-Parnas Pathway (EMP) atau

glikolisis. Hasil dari EMP adalah memecah glukosa menjadi 2 molekul piruvat.

Setelah melalui tahap glikolisis, piruvat yang terbentuk kemudian dirubah menjadi

11

asetaldehid dan CO2 oleh enzim piruvat decarboksilase, setelah itu oleh enzim

alkohol dehidrogenase dirubah menjadi etanol (Zaldivar et al. 2001)

2.7 Bioetanol

Etanol merupakan produk fermentasi yang dapat dibuat dari substrat yang

mengandung karbohidrat (gula, pati, atau selulosa). Etanol adalah salah satu

senyawa alkohol dengan rumus kimia C2H5OH yang berupa cairan yang tidak

berwarna, jernih, mudah menguap, memiliki bau yang sangat halus dan rasa yang

pedas (Hambali et al. 2007).

Bioetanol merupakan salah satu bahan bakar alternatif untuk mengurangi

ketergantungan terhadap minyak. Karena masyarakat kita sudah sangat familiar

dengan bahan cair yaitu BBM maka bioetanol diharapkan dapat mensubsitusi

kebutuhan terhadap bensin. Bioetanol bersifat multi-guna karena dicampur dengan

bensin pada komposisi berapapun memberikan dampak yang positif. Campuran

anatara gasoline (bensin) dengan alkohol(bioetanol) disebut gasohol (Prescott dan

Dunn 1981).

Proses pembentukan bioetanol dengan bahan baku tanaman yang

mengandung selulosa, dilakukan melalui proses penguraian selulosa menjadi gula

(glukosa) larut air. Proses pembuatan glukosa dibantu oleh hidrolisis asam dan

enzim. Hidrolisis asam salah satunya dengan menggunakan asam sulfat, kurang

dapat berkembang sehingga yang umum saat ini digunakan adalah penambahan

air dan enzim. Kemudian dilakukan proses fermentasi gula menjadi bioetanol

dengan penambahan ragi (yeast) (Nurdyastuti 2008). Pembuatan bioetanol dengan

bahan baku selulosa terdiri dari beberapa proses yaitu proses hidrolisis enzim,

proses fermentasi dan proses pemurnian bioetanol (Irawati 2006 dan Subekti

2006).