Upload
teuku-miftah-ibrahim
View
36
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
REVIEW PAPER
OPTIMASI HIDROLISIS XILOSA DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT
Tugas Mata Kuliah Teknologi Pemisahan dan Pemurnian
di-review Oleh:Teuku Miftah Ibrahim13/354202/PTP/1306
Program Studi Teknologi Hasil PerkebunanFakultas Teknologi Pertanian
Universitas Gajah Mada2013
ABSTRAK
Industri pengolahan kelapa sawit saat ini memiliki prospek yang cerah untuk masa
depan seiring dengan tantangan industri masa depan yaitu penggunaan bahan baku
indusri yang ramah lingkungan serta ketersediaan bahan baku yang dapat di
perbaharui (renewable). Salah satu limbah padat pada pabrik kelapa sawit adalah
tandan kosong kelapa sawit (TKKS) yang jumlahnya mencapai 23% dari tandan buah
segar (TBS) yang diolah. TKKS ini sangat berpotensi untuk menghasilkan xilosa
yang memiliki nilai ekonomis tinggi. Optimasi proses hidrolisis dilakukan untuk
meningkatkan kadar xilosa yang diperoleh dari proses hidrolisis. Banyak peneliti
yang mengembangkan penggunaan asam untuk mengoptimalkan produksi xilosa dari
tandan kosong kelapa sawit, diantaranya Rahman et.al. (2007) dengan hasil sebesar
91,27% (H2SO4 2%, suhu 119 oC selama 60 menit) , Zhang et.al. (2012) dengan hasil
sebesar 91.3% (H2SO4 0.5% (w/v) dan H3PO4 0.2% (w/v), suhu 160 ◦C, rasio cairan-
padatan 20 ml/g selama 10 menit), dan Tan et.al. (2013) dengan hasil sebesar 91,2%
(H2SO4 2.0 % (v/v), suhu 116 °C, rasio padatan-cairan 1:5 selama 20 menit) dan
24,0% (H3PO4 2.4 % (v/v), 116 °C, rasio padatan-cairan 1:5 selama 20 menit).
Kata kunci: Xilosa, Tandan Kosong Kelapa Sawit, Optimasi.
PENDAHULUAN
Industri pengolahan kelapa sawit saat ini memiliki prospek yang cerah untuk
masa depan seiring dengan tantangan industri masa depan yaitu penggunaan bahan
baku indusri yang ramah lingkungan serta ketersediaan bahan baku yang dapat di
perbaharui (renewable). Peningkatan luas perkebunan kelapa sawit telah mendorong
tumbuhnya industri-industri pengolahan, diantaranya pabrik kelapa sawit (PKS) yang
menghasilkan CPO. Menurut Naibaho (1996) PKS hanya menghasilkan produk
utama sebesar 25-30 % berupa CPO sebesar 20-23 % dan inti sawit (kernel) sebesar
5-7 %. Sementara sisanya adalah residu hasil pengolahan berupa limbah sebesar 70-
75 %.
Limbah pada PKS berupa limbah padat, limbah cair dan limbah gas. Salah
satu limbah padat pada PKS adalah tandan kosong kelapa sawit (TKKS) yang
jumlahnya mencapai 23% dari tandan buah segar (TBS) yang diolah. Zhang dkk,
(2012) menyebutkan bahwa TKKS terdiri dari 30-40% selulosa , 20-30%
hemiselulosa, dan 20-30% lignin. Hemiselulosa pada TKKS didominasi oleh Xilan
yang berkisar 24% dari massa TKKS (Rahman, dkk., 2007).
Xilan merupakan gula polimer yang terdiri dari pentosa gula xilosa. Xilosa
merupakan bahan pembuatan xilitol yang merupakan pemanis dan memiliki nilai
ekonomi yang tinggi. Tidak semua xilan pada TKKS dapat dihidrolisa menjadi
xilosa, sehingga diperlukan Optimasi untuk mendapatkan xilosa maksimal.
PEMBAHASAN
Proses degradasi hemiselulosa menjadi xilosa dapat dilakukan dengan
menggunakan asam (temperatur yang tinggi atau asam konsentrasi tinggi) dan enzim.
Proses hidrolisis hemiselulosa menjadi xilosa dengan menggunakan asam lebih
efisien daripada menggunakan enzim. Proses enzimatis kurang efektif dalam
memproduksi gula sederhana dikarenakan harga enzim sangat mahal dan lebih
banyak menghasilkan oligosakarida daripada monosakarida (Hespell et al., 1997
dalam Darliah, 2008).
Meskipun pada proses hidrolisis dengan asam dapat dihasilkan produk
samping seperti furfural, tetapi proses ini lebih efektif karena gula yang dihasilkan
dari hemiselulosa terutama xilosa lebih mudah diperoleh melalui hidrolisis asam yang
biasanya dilakukan pada suhu 100-160 oC (Wayman, 1986 dalam Darliah, 2008).
Banyak peneliti yang mengembangkan penggunaan asam untuk mengoptimalkan
produksi xilosa dari tandan kosong kelapa sawit, diantaranya Rahman et.al. (2007),
Zhang et.al. (2012) dan Tan et.al. (2013).
1. Optimization studies on acid hydrolysis of oil palm empty fruit bunch fiber for production of xylose (Rahman et.al., 2007)
Pada penelitian ini, peneliti menggunakan asam sulfat (H2SO4) untuk menghidrolisis
xilosa pada TKKS. Sebelum dilakukan proses hidrolisis terlebih dahulu dilakukan
analisis kimia pada bahan baku, sebagaimana ditunjukkan pada tabel berikut:
Untuk mendapatkan hasil yang optimum, dilakukan variasi suhu, waktu, dan konsentrasi asam yang digunakan untuk hidrolisis sebagaimana ditunjukkan pada tabel berikut:
Untuk memprediksi titik optimum hidrolisis, dilakukan analisa dari data sampel
menggunakan bantuan Design Expert v.6.0.7 dengan mempertimbangkan nilai dari
tiap perlakuan dan di peroleh 10 solusi yang terdapat pada tabel berikut.
Untuk memastikan hasil prediksi diatas, dilakukan hidrolisis dengan kondisi optimasi
di atas sebanyak tiga ulangan, dan diperoleh hasil terbaik hidrolisis xilosa dari TKKS
dengan H2SO4 adalah sebesar 91,27% dengan penggunaan asam 2%, pada suhu 119 oC dan waktu hidrolisis selama 60 menit.
2. Optimization of dilute acid-catalyzed hydrolysis of oil palm empty fruit bunch for high yield production of xylose (Zhang et.al., 2012)
Komposisi TKKS kering dari hasil analisis awal adalah 34,3% ± 0.6% glukan, 21.8 ±
0.3% xilan, 21.5 ± 0.4% Klason lignin dan 22.4 ± 1.0% komponen lainnya.
Hidrolisis TKKS awalnya dilakukan pada kondisi suhu 140–160 ◦C menggunakan
H2SO4 0.5% (w/v) dan H3PO4 0.2% (w/v) untuk mendapatkan profil konsentrasi
xilosa dalam hidrolisat (Fig. 1). Kemudian dilihat hasil xilosa yang lebih tinggi dari
80% pada semua temperatur. Data percobaan ini kemudian dianalisis dengan Saeman
dan Biphasic models (Fig. 2).
Dari prediksi yang dilakukan kemudian dilakukan verifikasi dengan
percobaan dan didapati bahwa Biphasic model lebih baik dalam memprediksi
hidrolisis TKKS dari pada Saeman model. Biphasic model memprediksi bahwa hasil
xilosa sebesar 80–90% dapat diperoleh ketika hidrolisis TKKS dilakukan pada
kondisi rasio cairan-padatan 10–20 ml/g, suhu 140–160 ◦C, penggunaan H2SO4 0.25–
0.5% (w/v) dan penggunaan H3PO4 0.1–0.2% (w/v). Penurunan temperatur reaksi
dibawah 130 ◦C dapat menurunkan hasil xilosa, serta peningkatan rasio cairan-
padatan atau konsentrasi asam dapat meningkatkan hasil xilosa.
Kombinasi penggunaan H3PO4 dan H2SO4 memberikan hasil xilosa yang lebih
tinggi daripada penggunaan H2SO4 saja, tetapi penggunaan H3PO4 berlebihan akan
menurunkan hasil xilosa. Pencacahan TKKS menjadi partikel yang lebih kecil dpat
meningkatkan hasil xilosa, tetapi partikel yang terlalu kecil (<2 mm) akan
menurunkan hasil xilosa. Hasil maksimal xilosa diperoleh 91.3% dengan penggunaan
0.5% (w/v) H2SO4 dan 0.2% (w/v) H3PO4 pada suhu 160 ◦C, rasio cairan-padatan 20
ml/g selama 10 menit, yang mana hasil ini selaras dengan prediksi model dan
sebanding dengan hasil maksimal xilosa yang di laporkan sebesar 80–90% pada
konsentrasi asam tertinggi (>1%, w/v).
3. Enhanced Xylose Recovery from Oil Palm Empty Fruit Bunch by Efficient Acid Hydrolysis (Tan et.al., 2013)
Pada penelitian ini dilakukan hidrolisis TKKS dengan menggunakan asam
sulfat encer (H2SO4) dan asam fosfat encer (H3PO4). Sebelum dilakukan proses
hidrolisis, terlebih dahulu dilakukan analisis kimia pada bahan baku dan didapati
hasil: glukan sebesar 43.20%, xilan sebesar 24.27%, arabinan sebesar 3.04%, lignin
sebesar 11.65%, dan komponen lainnya sebesar 17.84%.
Untuk mengetahui hasil yang optimal, maka pada penelitian ini dilakukan
variasi terhadap konsentrasi asam(1, 2, 3, 4, 5 & 6 % (v/v)), suhu hidrolisis (110, 115,
120, 125 & 130 °C), waktu hidrolisis (20, 30, 60, 90 & 120 min), dan rasio padatan-
cairan (1:5, 1:10, 1:15 & 1:20 (g/g)). Hasil hidrolisis dari tiap variasi di atas dapat
dilihat pada gambar diatas. dari grafik-grafik tersebut, dapat dilihat bahwa H2SO4
memberikan hasil yang lebih besar dibandingkan H3PO4. Untuk menentukan titik
optimasi, dilakukan rancangan face-centered composite terhadap hidrolisis H2SO4
dan H3PO4 serta hasil xilosa yang terdiri dari 13 pasang percobaan sebagaimana
terlihat pada tabel berikut.
Berdasarkan quadratic model (Design Expert v.8) diprediksi bahwa perolehan
optimum xilosa untuk hidrolisis dengan cairan H2SO4 sebesar 46.29 g/L (atau 83 %
dari perolehan xilosa dalam larutan) dapat dicapai dengan menggunakan 2.0 % (v/v)
H2SO4 pada suhu hidolisis 115.91 °C. Sementara hasil optimum xilosa dari prediksi
quadratic model untuk hidrolisis dengan cairan H3PO4 sebesar 11.99 g/L (atau 21.7 %
dari perolehan xilosa dalam larutan) dapat dicapai dengan menggunakan 2.4 % (v/v)
H3PO4 pada suhu hidolisis 116.37 °C.
Percobaan hidrolisis lanjutan dilakukan didalam kondisi optimum untuk
membuktikan hasil quadratic model dan diperoleh hasil xilosa 50.31±2.76 (atau 91.2
% dari perolehan xilosa dalam larutan) dan 13.26±2.74 g/L (atau 24.0 % dari
perolehan xilosa dalam larutan) masing-masing untuk hidrolisis dengan cairan H2SO4
dan H3PO4.
Disimpulkan bahwa kondisi optimum hidrolisis didapati dengan konsentrasi
xilosa sebesar 91,2% dan 24,0% masing-masing dengan menggunakan 2.0 % (v/v)
H2SO4 dan 2.4 % (v/v) H3PO4, pada kondisi suhu 116 °C selama 20 menit ), dengan
rasio padatan-cairan 1:5. Hasil ini hampir sama dengan penelitian Rahman et.al.
(2007) yang menghasilkan xilosa optimum 91,27%,(119 °C, 2.0 % (v/v) H2SO4, 60
min, 1:8).
KESIMPULAN
1. Dibanding proses hidrolisis enzimatis, proses hidrolisis dengan asam lebih efektif
selain karena harga enzim yang relatif mahal, xilosa yang dihasilkan pun lebih
mudah diperoleh melalui hidrolisis asam.
2. Dalam penelitiaan Rahman et.al. (2007) hasil Optimasi proses hidrolisis TKKS
dengan H2SO4 adalah sebesar 91,27% dengan penggunaan asam 2%, pada suhu
119 oC dan waktu hidrolisis selama 60 menit.
3. Dalam penelitiaan Zhang et.al. (2012) hasil optimal xilosa diperoleh 91.3%
dengan penggunaan 0.5% (w/v) H2SO4 dan 0.2% (w/v) H3PO4 pada suhu 160 ◦C,
rasio cairan-padatan 20 ml/g selama 10 menit,
4. Sedangkan dalam penelitiaan Tan et.al. (2013) kondisi optimum hidrolisis
didapati dengan hasil xilosa sebesar 91,2% dan 24,0% masing-masing dengan
menggunakan 2.0 % (v/v) H2SO4 dan 2.4 % (v/v) H3PO4, pada kondisi suhu 116
°C selama 20 menit, dengan rasio padatan-cairan 1:5.
DAFTAR PUSTAKA
Darliah, Y. 2008. Produksi Xilosa dari Tongkol Jagung (Zea Mays L.) dengan Hidrolisis Asam Klorida. Fakultas Teknologi Pertanian-Institut Pertanian Bogor.
Naibaho, P. 1996. Teknologi Pengolahan Kelapa Sawit. Pusat Penelitian Kelapa Sawit, Medan.
Rahman, S.H.A., J.P. Choudhury, A.L. Ahmad, & A.H. Kamaruddin. 2007. Optimization Studies on Acid Hydrolysis of Oil Palm Empty Fruit Bunch Fiber for Production of Xylose. Bioresource Technology 98 (2007) 554–559.
Tan, H.T., G. A. Dykes, T. Y. Wu, & L. F. Siow. 2013. Enhanced Xylose Recovery from Oil Palm Empty Fruit Bunch by Efficient Acid Hydrolysis. Appl Biochem Biotechnol (2013) 170:1602–1613.
Zhang, D., Y. L. Ong, Z. Li, & J. C. Wu. 2012. Optimization of Dilute Acid-Catalyzed Hydrolysis of Oil Palm Empty Fruit Bunch for High Yield
Production of Xylose. Chemical Engineering Journal 181– 182 (2012) 636– 642.