1

PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA

Produksi Bioetanol dari Limbah Xilan Rimpang Alang-Alang melalui Degradasi Enzimatik diikuti Fermentasi Mikroaerobik

yang Ramah Lingkungan

BIDANG KEGIATAN:PKM-P

Diusulkan oleh:

Moh. Sholeh (2310.100.126) Angkatan 2010R. Zainal Fatah (2308.100.154) Angkatan 2008Agustia Rizal Alhafidz (2308.100.131) Angkatan 2008

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2012

2

1. Judul Kegiatan : Produksi Bioetanol dari Limbah Xilan Rimpang Alang-Alang melalui Degradasi Enzimatik diikuti Fermentasi Mikroaerobik yang Ramah Lingkungan.

2. Bidang Kegiatan : PKMP PKMKPKMT PKMM

3. Bidang Ilmu : Kesehatan PertanianMIPA Teknologi Rekayasa Sosial Ekonomi HumanioraPendidikan

4. Ketua Pelaksana Kegiatan

a. Nama Lengkap :b. NIM :c. Jurusan : Teknik Kimiad. Universitas/Institut/Politeknik : Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabayae. Alamat Rumah/Telp/HP : Keputih Gang 2B 23C/ 085648060682f. Alamat email : adidwiirsani@yahoo.co.id

5. Anggota Pelaksana Kegiatan : 4 orang6. Dosen Pendamping

a. Nama Lengkap dan Gelar : Prof. Dr. Ir. Tri Widjaja, M.Engb. NIP : 1961102 1 1986031 001c. Alamat Rumah dan HP : Keputih Blok U-165 Surabaya /

0856482819497. Biaya Kegiatan Total

Dikti : Rp. 10.000.000,00Sumber lain : -

8. Jangka Waktu Pelaksanaan : 4 bulan

Menyetujui,

Surabaya, 10 Oktober 2010

Ketua Jurusan Teknik Kimia ITS

(Prof. Dr. Ir. Tri Widjaja, M.Eng)NIP. 1961102 1 1986031 001

Ketua Pelaksana Kegiatan

() NRP. 2308100176

Pembantu Rektor III

(Prof. Dr. Suasmoro)NIP. 19550210 1980101 001

Dosen Pendamping

(Prof. Dr. Ir. Tri Widjaja, M.Eng)NIP. 1961102 1 1986031 001

3

A. JUDUL

Produksi Bioetanol dari Limbah Xilan Rimpang Alang-Alang melalui

Degradasi Enzimatik diikuti Fermentasi Mikroaerobik yang Ramah

Lingkungan.

B. LATAR BELAKANG MASALAH

Dunia sedang menghadapi problem penggunaan energi berbasis fosil seperti

minyak bumi dan gas alam, dimana penggunaan energi ini akan semakin

meningkatkan kadar CO2 di alam demikian pula gas-gas lain yang memberikan

efek rumah kaca yang disinyalir sebagai sumber pemanasan global (Committee on

Science, Engineering, and Public Policy, 1991). Disamping itu, bahan bakar

berbasis fosil merupakan jenis yang tidak bisa diperbarui karena berasal dari sisa-

sisa makhluk hidup pada jaman purba. Bila sumber energi ini dipergunakan terus

menerus tanpa ada inovasi mengenai sumber energi yang dapat diperbarui, maka

jumlahnya akan semakin menipis dan habis pada akhirnya. Oleh karena itu

penemuan sumber energi dari bahan yang dapat diperbarui melalui pemanfaatan

bioteknologi sangat dibutuhkan untuk memenuhi kebutuhan energi dunia yang

semakin lama semakin meningkat.

Sejauh ini telah dikenal enzim-enzim hemiselulase yang dapat mendegradasi

hemiselulosa, diantaranya yang paling utama yaitu enzim xilanase (Fengel dan

Wegerner, 1984). Enzim xilanase selama ini umumnya diaplikasikan pada proses

pemutihan atau pengelantangan pulp (pulp bleaching) dimana enzim ini

mendegradasi komponen xilan di dalam hemiselulosa. Penggunaan enzim xilanase

yang lain sampai sejauh ini adalah pada pembuatan roti, pembuatan minuman

beralkohol, dan pembuatan makanan ternak (Collins dkk., 2005). Akan tetapi

penggunaan enzim xilanase dalam kaitannya dengan pengadaan energi belum

pernah dilakukan sebelumnya.

Xilan merupakan komponen utama dari hemiselulosa pada dinding sel tumbuhan

yang terikat pada selulosa, pektin, lignin dan polisakarida lainnya untuk

membentuk dinding sel. Jumlah xilan di berbagai macam kayu bervariasi

4

tergantung dari jenis kayunya dan bisa mencapai lebih dari 20 % (Fengel dan

Wegener, 1999). Komponen xilan melimpah pada limbah-limbah pertanian seperti

rimpang alang-alang. Karena jumlah xilan di alam sangat besar dimana

merupakan jumlah terbesar kedua setelah selulosa (Subramaniyan dan Prema,

2002), maka xilan merupakan kandidat yang sangat menjanjikan untuk dikonversi

menjadi etanol yang merupakan bahan baku energi yang dapat diperbarui.

Melalui penelitian ini diharapkan dapat diperoleh suatu metode baru dalam

pengadaan sumber energi terbarukan yaitu dengan memanfaatkan xilan yang

jumlahnya melimpah di alam melalui konversi enzimatik menjadi monomer xilosa

oleh enzim xilanase diikuti fermentasi xilosa secara mikroaerobik menjadi etanol

menggunakan yeast Pichia stipitis.

C. PERUMUSAN MASALAH

Permasalahan yang diangkat pada program ini dirumuskan sebagai berikut:

1. Bagaimana cara memanfaatkan limbah rimpang alang-alang untuk

dimanfaatkan sebagai sumber bahan baku produksi etanol.

2. Bagaimana cara mendapatkan enzim xilanase yang digunakan untuk

mendegradasi xilan rimpang alang-alang menjadi xilosa.

3. Bagaimana cara menentukan kondisi fermentasi xilosa yang optimum untuk

menghasilkan etanol.

4. Bagaimana cara menentukan kadar etanol yang dihasilkan dan kadar xilosa

yang tersisa.

D. TUJUAN

Program ini bertujuan antara lain:

1. Mengkaji cara memanfaatkan limbah rimpang alang-alang untuk

dimanfaatkan sebagai sumber bahan baku produksi etanol.

2. Mengkaji cara mendapatkan enzim xilanase yang digunakan untuk

mendegradasi xilan rimpang alang-alang menjadi xilosa.

5

3. Mengkaji cara menentukan kondisi fermentasi xilosa yang optimum untuk

menghasilkan etanol.

4. Mengkaji cara menentukan kadar etanol yang dihasilkan dan kadar xilosa

yang tersisa.

E. LUARAN YANG DIHARAPKAN

Luaran yang diharapkan dari program ini adalah cara pemanfatan limbah rimpang

alang-alang untuk memproduksi bioetanol melalui proses yang ramah lingkungan

dengan aplikasi bioteknologi dapat dikenalkan kepada masyarakat. Sehingga ke

depan diharapkan hasil penelitian dapat dijadikan acuan dalam pengembangan

produksi etanol dengan skala yang lebih besar serta metode penanggulangan

limbah dengan penggunaan teknologi ramah lingkungan dapat diterapkan.

F. KEGUNAAN

Manfaat program Produksi Bioetanol dari Limbah Xilan Rimpang alang-alang

melalui Degradasi Enzimatik diikuti Fermentasi Mikroaerobik yang Ramah

Lingkungan adalah sebagai berikut :

1. Memberikan informasi tentang pemanfaatan limbah rimpang alang-alang yang

banyak ditemukan di Indonesia.

2. Memberikan informasi tentang cara mendapatkan enzim xilanase untuk

mendegradasi rimpang alang-alang menghasilkan xilosa.

3. Memberikan informasi tentang cara melakukan fermentasi xilosa untuk

menghasilkan bioetanol.

4. Memberikan informasi tentang cara menganalisa kadar etanol yang terbentuk

dari proses fermentasi.

G. Tinjauan Pustaka

1. Etanol

Etanol disebut juga sebagai etil-alkohol dimana merupakan hidrokarbon

berikatan tunggal. Rumus molekul etanol adalah C2H5OH atau rumus empirisnya

adalah C2H6O dimana mempunyai sifat tidak berwarna dan tidak berasa tetapi

6

memiliki bau yang khas. Pada ilmu kimia etanol merupakan senyawa organik

yang salah satu atom hidrogennya merupakan gugus OH. Berdasarkan senyawa

organik yang berikatan dengan gugus hidroksil senyawa alkohol terdiri atas R-OH

primer (R-CH2-OH), sekunder ((R)2CH-OH) dan tersier (( R)3C-OH).

Menurut Najafpour dan Lim (2002), etanol memiliki sifat fisika antara lain titik

didih (73,32o C), titik kritis (243,1o C) serta densitas (0,7893 g/mL pada suhu 20o

C). Etanol dapat dihasilkan dari peragian atau fermentasi karbohidrat, dimana

prinsip pembentukan etanol adalah pelepasan energi yang tersimpan pada bahan –

bahan organik yang memiliki kandungan karbohidrat tinggi dengan bantuan

mikroba. Terdapat sejumlah jenis mikroba yang memiliki kemampuan untuk

menfermentasikan etanol diantaranya khamir dan bakteri.

2. Enzim

Enzim adalah biokatalis yang diproduksi oleh jaringan makhluk hidup dimana

enzim ini berfungsi untuk mengkatalisa reaksi-reaksi yang terjadi dalam jaringan.

Bila enzim ini tidak ada, maka reaksi-reaksi akan berjalan terlalu lambat untuk

menopang kehidupan atau reaksi-reaksi tersebut akan memerlukan kondisi-

kondisi non fisiologis (Montgomery, dkk,1999). Enzim juga diketahui

mempunyai spesifikasi tinggi karena enzim ini dapat bekerja dengan kecepatan

perubahan besar dan pada keadaan fisiologis yang lunak, yaitu pada tekanan dan

suhu rendah serta dalam larutan air.

3. Enzim Hemiselulase

Enzim ini umumnya digunakan secara komersial dalam pulp bleaching. Dalam hal

ini enzim hemiselulase berfungsi untuk mendegradasi hemiselulosa, di mana

hemiselulosa adalah salah satu komponen kayu yang merekatkan antara lignin dan

selulosa. Dan enzim utama yang berperanan penting adalah xylanase. Dalam

penelitian ini enzim xilanase dimanfaatkan untuk mengkonversi xilan menjadi

xilosa, kemudian xilosa yang dihasilkan akan difermentasi menjadi alkohol.

Dengan demikian diharapkan penelitian ini menjadi salah satu alternatif untuk

menghasilkan bahan baku energi terbarukan.

7

4. Pemilihan Strain

4.a Seleksi Strain

Dalam memproduksi enzim dari mikroorganisme, hal yang penting untuk

dikerjakan adalah mulai menggunakan strain mikroorganisme yang paling aktif

yang tersedia. Suatu program seleksi strain harus dilakukan dengan mengambil

kultur dari alam atau koleksi kultur, dan melakukan pengujian-pengujian aktivitas

enzim. Persyaratan utama dalam seleksi adalah kemudahan metodologi, sehingga

pengujian yang cepat untuk sejumlah besar strain dapat dikerjakan

4.b Perbaikan Kondisi Pembentukan Enzim

Bilamana sebuah strain mikroorganisme yang baik telah diperoleh, parameter-

parameter harus diatur sampai titik optimal untuk memaksimumkan pertumbuhan

dan produksi enzim. Diantara parameter yang penting adalah suhu, pH dan

transfer oksigen. Hal penting lainnya adalah nutrien untuk mikroorganisme,

khususnya senyawa-senyawa yang mengandung karbon, nitrogen, fosfor, sulfur

dan garam-garam mineral.

5. Media Fermentasi

Media fermentasi terdiri dari larutan garam mineral inorganik dan sumber

nitrogen baik organik maupun inorganik. Media ini berfungsi sebagai sumber

nutrisi bagi pertumbuhan jamur. Unsur-unsur yang terkandung dalam media

fermentasi ini antara lain :

Karbon, berfungsi sebagai unsur utama dalam pembentukan sel

Nitrogen, berfungsi dalam pembentukan asam amino, DNA, RNA dan ATP

Hidrogen, berfungsi dalam pembentukan sel

Oksigen, berfungsi dalam pembentuan sel

Phospor, berfungsi sebagai kofaktor enzim dan pembentukan asam nukleat

Sulfur, berfungsi sebagai kofaktor enzim

Kalium, berfungsi sebagai kofaktor enzim

Magnesium, berfungsi untuk menjaga kestabilan ribosom, membran sel dan

asam nukleat; sebagai kofaktor enzim, sebagai komponen dari klorofil

Kalsium, berfungsi sebagai kofaktor enzim

8

6. Xilan

Xilan merupakan komponen utama dari hemiselulosa pada dinding sel tumbuhan

yang terikat pada selulosa, pektin, lignin dan polisakarida lainnya untuk

membentuk dinding sel. Xilan merupakan polimer yang tersusun atas unsur-unsur

xylopiranosa yang berikatan secara -1,4. Struktur molekul xilan dan serangan

enzim xilanase diberikan pada Gambar 1, dimana dari degradasi ini akan

dihasilkan produk monomer gula D-xilosa dengan 5 atom karbon. Seperti halnya

glukosa dan fruktosa yang terdiri dari 6 atom karbon, xilosa termasuk dalam

golongan gula pereduksi (reducing sugar) dimana gula pereduksi ini oleh aktifitas

mikroorganisme dapat dikonversi menjadi etanol melalui proses fermentasi.

Jumlah xilan di berbagai macam kayu bervariasi tergantung dari jenis kayunya

dan bisa mencapai lebih dari 20 % (Fengel dan Wegener, 1999). Komponen xilan

juga melimpah pada limbah-limbah pertanian seperti dedak padi, dedak gandum,

dan rimpang alang-alang. Karena jumlah xilan di alam sangat besar dimana

merupakan jumlah terbesar kedua setelah selulosa (Subramaniyan dan Prema,

2002), maka xilan merupakan kandidat yang sangat menjanjikan untuk dikonversi

menjadi etanol yang merupakan bahan baku energi yang dapat diperbarui

Gambar 1 Struktur polimer xilan dan pemotongannya oleh aktifitas enzim

xilanase

9

7. Fermentasi

Proses pembuatan alkohol secara industri tergantung pada bahan bakunya. Bahan

yang mengandung gula biasanya tidak atau sedikit saja memerlukan pengolahan

pendahuluan. Tetapi bahan-bahan yang mengandung pati, selulosa atau

hemiselulosa harus dihirolisa terlebih dahulu menjadi gula yang dapat

difermentasikan. Misalnya selulosa yang harus diubah menjadi glukosa terlebih

dahulu dan xilan (hemiselulosa) yang harus diubah menjadi xilosa.

Pada prinsipnya reaksi dalam proses pembuatan alkohol dengan fermentasi adalah

sebagai berikut :

3C5H10O5 5C2H5OH + 5CO2(Ahyan Demirbas,2005)

xilosa etanol

1 g 0.511g 0.489g

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2(Ahyan Demirbas,2005)

glukosa etanol

1 g 0.511g 0.489 g

Fermentasi dilakukan dalam tangki fermentasi. Dilakukan pada kepekatan tertentu

dan pH dijaga ±4. Untuk terjadinya fermentasi alkohol, maka dibutuhkan kondisi

anaerob hingga diharapkan mikroorganisme dapat mengubah gula menjadi

alkohol. Pada proses fermentasi perlu proses pendinginan untuk menjaga

temperatur tetap pada ±30oC selama proses fermentasi yang berlangsung 5-7 hari.

Produksi ethanol dengan bahan baku tanaman yang mengandung pati atau

karbohidrat, dilakukan melalui konversi karbohidrat menjadi gula yang larut

dalam air. Dalam proses konversi karbohidrat menjadi gula larut dalam air

dilakukan dengan penambahan air dan enzym. Kemudian dilakukan proses

peragian atau fermentasi gula menjadi etanol dengan penambahan yeast atau ragi.

Proses fermentasi dimaksudkan untuk mengubah gula menjadi etanol (alkohol)

dengan menggunakan strain mikroorganisme. Etanol yang dihasilkan dapat

ditingkatkan kualitasnya dengan membersihkannya dari zat-zat yang tidak

10

diperlukan. Proses fermentasi sangat berpengaruh dari kondisi pH dan temperatur

fermentasi. Selain itu fermentasi alkohol ditentukan oleh nutrisi (zat gizi) dan

kondisi udara untuk kehidupan ragi. Dalam proses pembuatan alkohol, selain

tergantung pada bahan baku yang digunakan juga tergantung pada faktor-faktor

yang mempengaruhi kehidupan dan pertumbuhan mikroba yang digunakan.

Beberapa tahap utama yang dilakukan dalam proses fermentasi yaitu :

a. Seleksi mikroorganisme yang akan digunakan.

b. Seleksi media yang akan digunakan

c. Sterilisasi semua bagian yang penting agar tidak terkontaminasi

mikroorganisme lain.

d. Evaluasi proses dan hasil secara keseluruhan.

8. Pichia stipitis

Pichia stipitis merupakan golongan yeast yang diisolasi dari kayu yang lapuk dan

jentik-jentik dari kayu yang menghuni serangga (Toivilia et al. 1984). Dengan

ekologi yang berada pada kayu tersebut, membuat yeast ini mempunyai

kemampuan untuk memanfaatkan seluruh gula yang terdapat pada kayu. P. stipitis

telah mengembangkan berbagai macam cellulases dan hemicellulases untuk

mendegradasi kayu menjadi monomer gula (Jeffries et al. 2007). Dalam yeast,

seperti S. cerevisae, etanol diproduksi ketika konsentrasi gula relatif rendah,

walaupun dalam kondisi aerob. Fenomena ini dikenal sebagai efek Crabtree.

Tidak seperti S. cerevisae, P. stipitis adalah yeast respirasi, yang tidak bisa

memproduksi etanol dalam konsisi aerob, walaupun konsentrasi gula yang

tersedia tinggi (Klinner et al. 2005). Pemilihan untuk menghasilkan etanol atau

jumlah sel oleh P. stipitis tergantung oleh suplai O2 ke sel. Pada laju aerasi yang

tinggi, hanya jumlah sel yang dihasilkan dan pada laju aerasi yang rendah, etanol

yang diproduksi (du Preez. 1994)

11

.

Gambar 2 Bentuk Pichia Stipitis

P. stipitis mampu untuk memfermentasi glukosa, xilosa, manosa, galaktosa, dan

selubiosa (Parekh dan Wayman. 1986). P. stipitis juga mempunyai kemampuan

untuk memproduksi jumlah sel dari L-arabinosa tapi tidak dapat menghasilkan

etanol (Nigam. 2002).

Suhu optimal fermentasi dari P. stipitis adalah diantara 25 dan 33 oC dan pH

optimalnya sekitar 4.5 – 5.5 (du Preez et al. 1986). Nutrisi dalam fermentasi

media memegang peranan penting dalam pertumbuhan dan produksi etanol oleh

P. stipitis. Penelitian terhadap P. stipitis NRRL Y-7124 menggunakan medium

yang berisi nitrogen, vitamin, asam amino, purin dan pirimidin menunjukkan

bahwa beberapa dari komponen ini mampu meningkatkan pertumbuhan dan

produksi etanol oleh P. stipitis (Slininger et al. 2006). Garam-garam ammonium

meningkatkan produktifitas etanol dan yield etanol oleh P. stipitis (Guebel et al.

1992; Agbogbo dan Wenger. 2006). Beberapa penelitian telah menunjukkan

bahwa P. stipitis menghasilkan etanol pada kondisi anaerob (Delgenes et al.

1986), tapi pada kondisi mikroaerob produksi etanol menjadi optimal (Grootjen et

al. 1990). Konsentrasi awal xilosa mempunyai efek terhadap parameter fermentasi

dari P. stipitis dengan produksi etanol maksimum terjadi pada konsentrasi xilosa

50 g/l (du Preez et al. 1985). Penelitian terhadap pengaruh konsentrasi gula

menunjukkan bahwa produktifitas volumetrik etanol akan terhambat pada

konsentrasi awal xilosa antara 76 dan 99 g/l dan yield etanol akan turun ketika

konsentrasi xilosa di atas 145 g/l (Roberto et al. 1991). Chamy dan teman

kerjanya tidak menemukan bukti dari pengaruh konsentrasi xilosa terhadap

12

produksi etanol ketika konsentrasi xilosa adalah 200 g/l (Chamy et al. 1994).

Konsentrasi gula yang tinggi meningkatkan tekanan osmotic pada organisme-

organisme dan oleh karena itu menurunkan lagu pertumbuhan dan fermentasi.

Oleh karena itu, penelitian oleh Chamy dan teman kerjanya pada pengaruh

konsentrasi xilosa awal mungkin karena kondisi eksperimen yang mengurangi

tekanan gula. Delgenes et al. (1988) menunjukan bahwa P. stipitis menghasilkan

etanol pada konsentrasi awal 50 g/l, meskipun ini secara total menghalangi

aktifitas strain pada kondisi mikroaerobik.

9. Penelitian Sebelumnya

Penelitian mengenai produksi etanol yang dilakukan sebelumnya antara lain:

1. Kim dkk. (2008) melakukan penelitian untuk mengkonversi barley hull

menjadi etanol dengan perlakukan awal menggunakan larutan amonia. Kondisi

perlakukan awal terbaik dilakukan pada 75oC selama 48 jam dengan 15 % berat

larutan amonia dan perbandingan padatan dan cairan sebesar 1:12. Dihasilkan

yield proses sakarifikasi sebesar 83% untuk glucan dan 63% untuk xylan

menggunakan enzim sebesar 15 FPU/g-glucan. Produksi etanol dilakukan dengan

metode SSCF (simultaneous saccharification and co-fermentation) dengan 3%

w/v glucan dan 4 mL of xylanase menghasilkan 24.1 g/L ethanol. Hal ini setara

dengan yield sebesar 89.4%.

2. Kim Olofsson dkk (2008) melakukan penelitian dengan menggunakan

bahan baku wheat straw untuk memproduksi bioethanol dengan proses fermentasi

xylose dan glucose. Strain yang digunakan dalam proses fermentasi adalah

Saccharomyces cerevisiae, dengan metode simultaneous saccharification and

fermentation (SSF). Pada metode SSF diperoleh hasil tertinggi kandungan serat

sebesar 9% water insoluble substance (WIS) dan ditemukan fed-batch strategy

sebesar 71% dari yield teoritis. Yield etanol tertinggi mencapai 80%,. Kondisi

operasi yang dibutuhkan secara optiomal adalah temperature 34oC untuk bahan

baku dan yeast strain yang dipelajari.

13

3. Hanne dkk (2005) melakukan penelitian hidrolisa fermentasi dari wheat

hemicellulosa untuk memproduksi ethanol. Penelitian ini menggunakan enzyme

selulosa yang terdiri dari 1.5L Celluclast (dari Trichoderma reesei), Finizym (dari

Aspergillus niger), UltrafloL (dari Humicolainsolens), dan Viscozyme L (dari

Aspergillus aculeatus). Bahan yang digunakan berasal dari jenis wheat

arabinoxylan. Kondisi operasi yang dibutuhkan adalah 6 jam, 60oC, pH 6 dengan

enzym 46%(wt.%).Untuk treatment selama 24 jam diperlukan perbandingan 50:50

dari campuran Celluclast 1.5 L dan UltrafloL pada 50oC, pH 5. Yield yang

dihasilkan sebesar 62 wt.% etanol.

4. Tabka dkk (2006) melakukan penelitian yang difokuskan pada study

kondisi yang digunakan oleh fungal enzim lignocellulolytic untuk mengkonversi

lignocellulusic dalam fermentasi gula untuk produksi bioethanol. Mikroorganisme

yang digunakan adalah (cellulases dan xylanases dari Trichoderma reesei,

recombinant feruloyl esterase (FAE) dari Aspergillus niger dan oxidoreductase

dari Pycnoporus cinnabarinus. Konsentrasi enzim yang digunakan sebesar (10

U/g untuk cellulases, 3 U/g untuk xylanase dan 10 U/g untuk FAE). Kondisi

operasi proses hydrolisa enzimatic dilakukan pada suhu 37-50oC dan dalam

keadaan bebas ion surfactan. Optimasi dari hydrolisa enzimatic hanya

memerlukan kuantitas enzim yang kecil dan biaya proses yang efektif.

H. METODE PENELITIAN

1. Diagram alir penelitian

Gambar 3 : Diagram alir penelitian

Media fermentasi ditambahkan dengan 100 ml larutan Sodium Asetat Buffer pH 6 yang mengandung 0,1 % Tween-80 kemudian mengocok pada orbitalshaker pada 175 rpm selama 135 menit.

Melakukan sentrifugasi pada kecepatan 5000 rpm selama 1 jam untuk mendapatkan cairan enzim (supernatant).

Membuat suspensi dari biakan jamur Trichoderma Reseei.

Menginokulasikan jamur dalam erlenmeyer yang berisi Substrat SekamPadi dan Media Fermentasi. Lalu menginkubasikan pada suhu 30oC pH 5,5 selama 7 hari

Melakukan filtrasi dengan menggunakan kain saring halusuntuk memisahkan filtrat dengan mycelia beserta endapan media di dalamnya Sehingga didapatkan supernatan crude enzym lalu Menghitung Aktifitas enzym menggunakan Metode DNS

14

2. Rancangan Penelitian

Untuk mencapai tujuan, maka penelitian ini dibagi menjadi tiga tahap, yaitu tahap

pertama (produksi enzim xilanase), tahap kedua (konversi xilan menjadi xilosa)

dan tahap ketiga (fermentasi xilosa menjadi etanol).

2.a Tahap Produksi Enzim Xilanase

Mengukur konsentrasi xilosa sampai didapat harga yangrelatif konstan dengan metode DNS

Menganalisa kandungan xylan dalam bahan baku dengan metode DNS

Mengaplikasikan enzim xilanase yang didapat pada tahap I dengan dosis 100 mL larutan enzim setiap 10 gram bahan, dan menginkubasikan pada suhu 50oC dan pH 6.5.

Menyiapkan bahan yang mengandung xilan yakni daun jagung ukuran 40 mesh

Koloni dipindahkan ke dalam media filter-sterilized dan ditumbuhkan selama 1 malam.

Melakukan proses sterilisasi bahan pada autoclave pada 121 oCselama 15 menit

Pichia stipitis ditumbuhkan 3 hari pada agar plate yang mengandung 10 g/L yeast ekstrak, 20 g/L pepton, 20 g/L xilosa dan 20 g/L agar dan telah disterilisasi. Mikroorganisme ditumbuhkan pada suhu 30 oC selama 3 hari.

Sentrifugasi pada 3000 rpm selama 5 menit dan supernatant dipisahkan, sel ditimbang dan disuspensi dengan aquadest steril

Menyiapkan 100 ml larutan xilosa, menambahkan 2 ml larutan nutrien yang mengandung 85 g/L yeast ekstrak, 113.5 g/L urea, 328 g/L peptone.

15

2.b Tahap Konversi Xilan menjadi Xilosa

2.c Tahap Fermentasi Xilosa menjadi Etanol

Menambahkan 14 ml inoculum dengan konsentrasi sel P. Stipitis 1.8 g/L

Melakukan inkubasi selama 3 hari pada incubator air shaker suhu 30 oC dan 100 rpm

Mengulangi prosedur 1 sampai 4, untuk inkubasi selama 5 hari dan 8 hari

Mengulangi prosedur fermentasi untuk konsentrasi sel P. Stipitis 4.3 dan 6.5 g/l

Menganalisa kadar etanol menggunakan Gas Kromatografi

Menghitung konsentrasi sel P. Stipitis akhir dengan metoda optical density

16

2.5. Variabel Penelitian

Variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

1. Kondisi

Temperatur operasi = 30 oC (suhu ruang)

pH = 6.3

Aeration = 100 rpm

2. Variabel yang ditetapkan

Waktu fermentasi = 3 hari, 5 hari, 8 hari.

Konsentrasi initial cell = 1.8 g/L, 4.3 g/L, 6.5 g/L

17

I. JADWAL KEGIATAN

Adapun jadwal kegiatan yang akan dilaksanakan adalah sebagai berikut:

No KegiatanBulan

1 2 3 4 5

1 Penyusunan proposal

2 Perizinan dan seleksi peserta

3 Mendapatkan bahan baku

4 Melakukan pembuatan papan komposit

5 Pengambilan data penelitian

6 Uji kekuatan bahan

7 Evaluasi Penetitian

8 Laporan akhir

J. RANCANGAN BIAYA

Adapun anggaran biaya pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

URAIAN UNIT HARGA SATUAN JUMLAH1. Biaya Habis Pakai Reagen DNS 100 gr Rp. 675.000,00 Rp. 675.000,00 Potato Dextrose Agar 100 gr Rp. 400.000,00 Rp. 400.000,00 MgSO4.7H2O 100 gr Rp. 150.000,00 Rp. 150.000,00 KH2PO4 100 gr Rp. 100.000,00 Rp. 100.000,00 CaCl2.2H2O 100 gr Rp. 150.000,00 Rp. 150.000,00 FeSO4 100 gr Rp. 200.000,00 Rp. 200.000,00 MnSO4 100 gr Rp. 100.000,00 Rp. 100.000,00 Yeast extract 1 Kg Rp. 300.000,00 Rp. 300.000,00 Tween-80 500 ml Rp. 200.000,00 Rp. 200.000,00 Xilan oat Spelt 100 gr Rp. 400.000,00 Rp. 400.000,00 Urea 100 gr Rp. 120.000,00 Rp. 120.000,00 Xilose Pro-analis 100 gr Rp. 300.000,00 Rp. 300.000,00 Strain Pichia stipitis 1 tube Rp. 250.000,00 Rp. 250.000,00 StrainTrichoderma reseei 1 tube Rp 200.000,00 Rp 200.000,00 Natrium asetat 100 gr Rp. 200.000,00 Rp. 200.000,00 Bacto Agar 500 gr Rp. 300.000,00 Rp. 300.000,00 Bacto Pepton 500 gr Rp. 300.000,00 Rp. 300.000,00

18

2. Peralatan penunjang PKM Screener (sewa) 1 unit Rp. 300.000,00 Rp. 300.000,00 Orbital shaker (sewa) 1 unit Rp. 300.000,00 Rp. 300.000,00 Centrifuge (sewa) 1 unit Rp. 300.000,00 Rp. 300.000,00 Autoclave (sewa) 1 unit Rp. 300.000,00 Rp. 300.000,003. Analisa Analisa gula (HPLC) 15 sampel Rp 40.000,00 Rp. 500.000,00 Analisa etanol (GC) 15 sampel Rp 35.000,00 Rp 525.000,004. Perjalanan Biaya transportasi - Rp. 200.000,00 Rp. 200.000,004. Lain-lain Pembuatan laporan akhir 1 eks. Rp. 100.000,00 Rp. 100.000,00 Penggandaan laporan akhir

5 eks. Rp. 30.000,00 Rp. 150.000,00

Total Biaya Rp. 10.000.000,005. Pemasukan Dikti Rp. 10.000.000,00Total Pemasukan Rp. 10.000.000,00

K. DAFTAR PUSTAKA

Agbogbo, F.K., Haagensen, F.D., Milam, D. dan Wenger, K.S., Fermentation of

Acid-pretreated Corn Stover to Ethanol Without Detoxification Using

Pichia stipitis, Appl Biochem Biotechnol (2008) 145:53–58.

Agbogbo, F.K., Kelly, G.C., Smith, M.T. Wenger, K.S. dan Jeffries, T.W, The

Effect of Initial Cell Concentration on Xylose Fermentation by Pichia

stipitis, Appl Biochem Biotechnol (2007) Vol 136-142.

Collins, T., Gerday, C., dan Feller, G., Xylanases, xylanase families and

extremophilic xylanases, FEMS Microbiology reviews, 29 3-23, 2005.

Fengel, D dan Wegerner, G. Kayu: Kimia, Ultrastruktur, Reaksi-reaksi, Gajah

Mada University Press, Yogyakarta, hal. 30-34, 155-176, 1984.

Fu, N. dan Peiris, P., Co-fermentation of a mixture of glucose and xylose to

ethanol by Zymomonas mobilis and Pachysolen tannophilus, World J

Microbiol Biotechnol (2008) 24:1091–1097.

19

Gawande, P.V dan Kamat, M.Y., Production of Aspergillus xylanase by

lignocellulosic waste fermentation and its application, J. of Applied

Microbiology, 87, 511 – 519, 1999.

Nakamura, Y. dan Sawada, T. Lignin Peroxidase Production by Phanerochaete

chrysosporium Immobilized on Polyurethane Foam ,” Journal Chemichal

Engineering Japan., 30, 1- 6, 1997.

Rao, K., Chelikani, S., Relue, P. dan Varanasi, S., A Novel Technique that

Enables Efficient Conduct of Simultaneous Isomerization and

Fermentation (SIF) of Xylose, Appl Biochem Biotechnol (2008) 146:101–

117.

Subramaniyan, S. dan Prema, P. Biotechnology of Microbial Xylanases:

Enzymology, Molecular biology, and Application, Critical Reviews in

Biotechnology, 22 (1), 33-64, 2002.

L. LAMPIRAN

1. Ketua Pelaksana Kegiatan

a. Nama Lengkap :

b. NIM :

c. Fakultas/Program Studi : Teknologi Industri/ Teknik Kimia

d. Perguruan Tinggi : Institut Teknologi Sepuluh Nopember

e. Waktu untuk kegiatan PKM : 12 Jam/minggu

TTD

NRP. 2308100176

2. Anggota Pelaksana

20

a. Nama Lengkap : R. Zainal Fattah

b. NIM : 2308100154

c. Fakultas/Program Studi : Teknologi Industri/ Teknik Kimia

d. Perguruan Tinggi : Institut Teknologi Sepuluh Nopember

e. Waktu untuk kegiatan PKM : 12 Jam/minggu

TTD

R. Za i nal Fattah

NRP. 2308100154

a. Nama Lengkap : Agustia Rizal Alhafidz

b. NIM : 2309100069

c. Fakultas/Program Studi : Teknologi Industri/ Teknik Kimia

d. Perguruan Tinggi : Institut Teknologi Sepuluh Nopember

e. Waktu untuk kegiatan PKM : 12 Jam/minggu

TTD

Agustia Rizal Alhafidz

NRP. 2309100131

NAMA DAN BIODATA DOSEN PENDAMPING

21

1. Nama Lengkap dan Gelar : Prof. Dr. Ir. Tri Widjaja, M.Eng

2. NIP : 1961102 1 1986031 001

3. Jabatan Fungsional : Ketua Jurusan

4. Jabatan Struktural : -

4. Fakultas/Program Studi : Fakultas Teknologi Industri/Teknik Kimia

5. Perguruan Tinggi : Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya

6. Bidang Keahlian : Pengolahan Limbah Industri

7. Waktu untuk kegiatan PKM : 4 jam/minggu

TTD

( Prof. Dr. Ir. Tri Widjaja, M.Eng ) NIP. 1961102 1 1986031 001

Papatri2003@yahoo.com