Penyusun:Charlin Inova Sitasari (2310 100 076)Yunus Imam Prasetyo (2310 100 092)

Laboratorium Teknologi BiokimiaJurusan Teknik Kimia

Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember

Dosen Pembimbing:Prof. Dr. Ir. Arief Widjaja, M.Eng

“PRODUKSI GULA REDUKSI DARI BAGASSE TEBU MELALUI HIDROLISIS ENZIMATIK MENGGUNAKAN CRUDE ENZYME SELULASE DAN

XYLANASE”

2

Pendahuluan

3

Latar Belakang

ProduksiGULA REDUKSI

KomposisiBAGASSE TEBU : 45% selulosa,26% hemiselulosa, 20%lignin,

9% impurities

Alternatif PemanfaatanBagasse Tebu Menggunakan

CRUDE ENZYME SELULASE DAN XILANASE

Jumlah LimbahPertanian Berlignoselulosa

Meningkat

4

Rumusan Masalah

1. Bagasse tebu mengandung 45 % selulosa dan 26% hemiselulosa yang belum dimanfaatkan menjadi gula reduksi.

2. Harga enzim murni yang mahal sehingga diperlukan penggunaan crude enzim dari selulase dan xilanase dalam menghasilkan gula reduksi.

3. Enzim selulase dan xilanase perlu disinergikan untuk menghasilkan gula reduksi yang lebih banyak.

5

Tujuan Penelitian

1. Menghasilkan crude enzyme selulase dan xilanase

2. Mempelajari pengaruh jenis dan komposisicampuran enzim pada hidrolisis enzimatikbagasse tebu untuk mendapatkan gula reduksi yang optimum.

3. Mendapatkan perbandingan konversi/yield antara enzim murni dengan crude enzim selulase dan xilanase dalam menghasilkan gula reduksi.

6

Tinjauan Pustaka

7

Gula Reduksi

Gula yang mempunyai kemampuan untuk mereduksi. Hal ini dikarenakan adanya gugus aldehid atau keton bebas. Contoh gula yang termasuk gula reduksi adalah glukosa, manosa, fruktosa, laktosa dan maltosa.

8

Bagasse Tebu

• Ampas tebu (bagasse) merupakan limbah padat dan berserat yang berasal dari proses penggilingan batang tebu (Saccharum oficinarum) setelah diambil niranya pada industri gula.

• Bagasse tebu mengandung 45% selulosa, 26% hemiselulosa (92% xylose), 20% lignin, 2,1% ash, dan komponen lain (garam). (Boussarsar, 2009)

9

Lignin

Lignin merupakan polimer amorf penyusun kayu dengan berat molekul yang besar dan memiliki struktur yang kompleks yang terdapat pada dinding sel tumbuhan.

10

Proses Pretreatment Bahan Berlignoselulosa

Untuk menghancurkan ikatan lignin sehingga komponen hemiselulosa ataupun selulosa lebih mudah untuk didegradasi dan diperoleh proses hidrolisis enzimatik yang optimal

• PRETREATMENT MEKANIKseperti penggilingan (milling) & penghancuran

• PRETREATMENT KIMIAWIyaitu penghancuran ikatan lignin dengan menggunakan larutan NaOH encer

(Douglas dan George, 1988)

11

Selulosa

Selulosa merupakan polimer glukosa linier hidrofilik yang dihubungkan oleh ikatan glioksida. Selulosa berfungsi sebagai penguat pada batang tumbuhan. (Lee, 1992)

12

Hemiselulosa

Hemiselulosa merupakan heteropolisakarida yang merupakan gabungan dari polimer dengan rantai relatif lebih pendek dan bercabang , terdiri dari monomer xylosa, arabinosa, glukosa, manosa dan galaktosa dengan struktur amorf. (Bailey dan Ollis, 1986)

13

Enzim Selulase

• Enzim selulase adalah enzim yang dapat mendegradasi selulosa (polisakarida dari bentukan glukosa).

• Umumnya selulase mendegradasi selulosa yang memiliki rantai yang lebih pendek dari komponen kayu (selulosa, hemiselulosa, lignin, ekstraktif dan mineral).

Enzim Selulase

Glucose

15

Degradasi Selulosa

16

Substrat untuk Produksi Enzim Selulase

• Enzim selulase dapat diproduksi dari berbagai jenis karbohidrat, yakni:1. Bahan murni seperti laktosa2. Bahan sereal seperti tepung kedelei, tepung

jagung, tepung gandum, limbah pertanian seperti bagas, pohon jagung, jerami gandum atau jerami padi.

• Muthuvelayudham dan Viruthagiri (2006) melaporkan bahwa T. reesei QM 9414 tumbuh baik pada glukosa, xilosa, laktosa, selulosa, bagas tebu dan jerami padi.

17

Enzim Xylanase

• Enzim xilanase merupakan biokatalis reaksi hidrolisis xylan (hemiselulosa) menjadi gula pereduksi.

• Enzim xilanase dapat dihasilkan oleh sejumlah mikroorganisme seperti: A. niger, Bacillus, Cryptococcus, Penicillium, Aureo-basidium, Fusarium, Rhizomucor, Humicola.

• Jenis jamur yang berpotensi menghasilkan enzim xilanase yaitu jamur Trichoderma ressei.

19

Degradasi Hemiselulosa

O OH

OHOH

OH

Xilosa

Xilanase

Hemiselulosa

18

Penelitian Terdahulu

Peneliti Objective Variabel Hasil

Koullas D. P., dkk (1992)

Mempelajari efek dari delignifikasi basa pada sakarifikasi jerami pandum dengan enzim selulase

Konsentrasi NaOH: 0%, 2%, 4%, 6%, 8%, 10%

Kadar selulosa tertinggi pada konsentrasi NaOH 4% dengan kadar selulosa 44,6%

B.O. Aderemidkk. (2008)

Menghasilkan glukosadari jerami padi dengan memanfaatkan A. Niger yang diisolasi dari biji jagung

Suhu: 45-50˚CpH: 4,5-5

Peningkatan yield glukosa 87%

Lutfianadan Winda (2011)

Hidrolisis jerami padi secara enzimatik dengan pretreatment basa untuk produksi hidrogen

Konsentrasi NaOH: 1%, 2%, 4%Suhu hidrolisa: 60˚C dan 80˚CpH hidrolisis: 3 dan 5,5

Konsentrasi optimal NaOH adalah 4%Suhu dan pH optimum adalah 60˚Cdan 3 dengan hasil konsentrasi gula tertinggi adalah 10,898 gr/L

19

Penelitian Terdahulu

Peneliti Objective Variabel Hasil

Mufnaiti Prihartini(2012)

Produksi hidrogen dari jerami padi melalui hidrolisis enzimatik dan fermentasi

Enzim: campuran enzim murni (T/A=2/1), enzim murni T.reseei, enzim murni A.niger, crude enzim T.reseei dan campuran crude enzim (T/A=2/1)

Enzim murni yang menghasilkan yield gula reduksi paling tinggi sebesar 0,2

Nadiem Anwar (2012)

Produksi hidrogen dari jerami padi secara fermentasi anaerobik nonfotosintesis melalui hidrolisis enzimatik

Enzim: enzim murni, enzim kasar T.reseei dan A.niger, enzim kasar (T/A=2/1; T/A=1/1; T/A=1/2)

Proses hidrolisis terbaikmenggunakan enzim kasardengan rasio T/A=2/1, dengan konsentrasi gula reduksi tertinggi 8,7 g/L

20

Metodologi Penelitian

21

Metodologi Penelitian

Sugarcane Bagasse

Mechanical Pretreatment 100-120 mesh

Chemical Pretreatment(NaOH 1%)

Chesson Analysis

Trichoderma reesei Aspergillus niger

Produce crude enzyme with rice straw

substrate

Produce crude enzyme with wheat bran

substrate

Crude enzyme cellulase

Crude enzyme xylanase

Enzyme activity test

Enzymatic hydrolysisChesson Analysis Reducing sugar

Sugar concentration test:DNS (reducing sugar)HPLC (glucose, xylose,etc.)

22

Kondisi Operasi Penelitian

1. Ukuran partikel bagasse tebu100-120 mesh

2. Temperatur80 oC

3. Waktu8 jam

Pretreatment Produksi Enzim1. Ukuran partikel bahan baku

100-120 mesh2. Jenis strain

T. reesei dan A. niger3. Temperatur

32oC 4. pH

5,55. Waktu inkubasi

8 hari

23

Kondisi Operasi Penelitian

1. Ukuran partikel bagasse tebu100-120 mesh

2. Temperatur60 oC

3. pH3

4. Waktu hidrolisa48 jam

5. Rasio enzim/bagasse tebu93 U/5 gr bagasse tebu

24

Variabel Penelitian

• Crude enzim selulase dari jerami padi (2T : 1A)

• Crude enzim xilanase dari dedak gandum• Campuran crude enzim selulase dan

xilanase (2:1)• Enzim murni selulase dan xilanase dari T.

reseei

Komposisi enzim

25

Rangkaian Peralatan

1

2

3

4

5

6

7

Keterangan Gambar :1. Hot plate stirrer2. Water bath3. Labu alas bulat

yang dilengkapimagnetik stirer

4. Termometer5. Kondensor reflux6. Aliran air masuk7. Aliran air keluar

1

2

3

4

Keterangan Gambar :1. Hot plate stirrer2. Water bath3. Erlenmeyer yang

dilengkapimagnetik stirer

4. Termometer

Gambar Alat Pretreatment Gambar Alat Hidrolisis