Bindo fiks

download Bindo fiks

of 37

  • date post

    09-Mar-2016
  • Category

    Documents

  • view

    241
  • download

    1

Embed Size (px)

description

222

Transcript of Bindo fiks

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Selulase merupakan salah satu enzim yang dihasilkan oleh mikroorganisme, baik dari jenis bakteri maupun kapang. Enzim selulase memegang peranan penting dalam proses biokonversi limbah-limbah organik berselulosa menjadi glukosa. Kebutuhan selulase pada semua bidang industri sangat tinggi, namun produksi selulase membutuhkan biaya yang tinggi. Penilitian kami mencari alternatif lain dalam produksi selulase dengan degradasi jerami padi oleh Bacillus circulans dan Bacillus subtilis. Kami memilih jerami padi sebagai bahan baku karena jerami padi merupakan salah satu limbah pertanian di Indonesia yang kurang dimanfaatkan karena adanya faktor teknis dan ekonomis. Di lain pihak jerami padi sebagai limbah pertanian, sering menjadi permasalahan bagi petani sehingga sering di bakar untuk mengatasi masalah tersebut. Asap yang dihasilkan dari pembakaran jerami padi membawa dampak negatif bagi lingkungan yang dapat menyebabkan efek global warming. Limbah pertanian mengandung banyak bahan lignoselulosa yang bisa didegradasi oleh selulase. Bahan lignoselulosa merupakan komponen organik berlimpah di alam, yang terdiri dari tiga polimer yaitu selulosa, hemiselulosa dan lignin. Komponen terbesar adalah selulosa (35-50%) hemiselulosa (20-35%) dan lignin (10-25%) (Anindyawati, 2010). Suatu sistem selulase terdiri atas tiga tipe enzim utama yaitu endo -1,4-glukanase, ekso--1,4-glukanase dan -1,4-glukosidase. Tiga kelompok enzim selulase tersebut bekerja secara sinergis dalam proses perombakan selulosa menjadi glukosa. Endo-1,4 - glukanase berperan memotong rantai selulosa secara random sehingga sisi yang terbuka dapat diserang oleh ekso--1,4-glukanase menghasilkan selooligosakarida dengan ujung rantai bebas. Ekso-1,4 --glukanase berperan memecah ujung pereduksi dan non pereduksi pada rantai selooligosakarida untuk menghasilkan selobiosa. Selobiosa kemudian dihidrolisis menjadi glukosa oleh -glukosidase (Azizah, 2013). Untuk memecah lignoselulosa menjadi gula sederhana yang siap difermentasi diperlukan proses perlakuan awal yang disertai dengan proses hidrolisa. Metode perlakuan awal dan sekaligus metode hidrolisa yang paling banyak digunakan dalam industri dibanding metode lainnya adalah : hidrolisa asam dan hidrolisa secara enzimatik. Hidrolisa enzim selulase dari lignoselulosa limbah pertanian menjadi bahan yang mudah mengalami degradasi lignoselulosa yang memerlukan sinergi dari beberapa mikroorganisme yaitu mikroorganisme selulolitik untuk menghidrolisis selulosa, hemiselulolitik untuk menghidrolisis hemiselulosa dan lignolitik untuk menghidrolisis lignin (Ratnakomala, 2010). Dalam penelitian Rachmaniah terdapat kekurangan saat menggunakan metode hidrolisa asam, antara lain: mendapatkan produk inhibitor pada hidrolisat hasil hidrolisis bagas dengan asam encer sebesar 17,9% berat. Selain itu, proses hidrolisa asam juga memerlukan proses detokifikasi/netralisasi sebelum dilanjutkan pada proses selanjutnya, fermentasi. Yang mana tahap tahap detoksifikasi ini turut menghilangkan kandungan glukosa sebesar 15-25% sehingga kadar glukosa yang siap untuk difermentasikan akan semakin kecil. Dari segi keefektifan dalam degradasi selulosa menjadi sakarida, penggunaan enzim lebih unggul dibandingkan dengan penggunaan kimiawi tetapi penggunaan dengan enzim membutuhkan biaya yang tidak sedikit (Anggarawati, 2012). Dalam penelitian kali ini kami menggunakan metode degradasi lignoselulosa dari jerami padi untuk memproduksi enzim selulasedari bakteri selulolitik. Bakteri selulolitik yang digunakan dalam produksi enzim selulosa yaitu bakteri Bacillus circulansdan bakteri Bacillus subtilis.Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Anna (2014) mengenai enzim selulase umumnya dilakukan pada fungi tetapi saat ini terjadi perkembangan penelitian pada bakteri. Produksi enzim selulase oleh bakteri memiliki keunggulan dibandingkan fungi yaitu kecepatan pertumbuhan bakteri lebih cepat sehingga memungkinkan produksi enzim rekombinan lebih tinggi, cenderung stabil pada keadaan suhu tinggi dan lebih tahan kondisi basa. Selain itu enzim selulase yang dihasilkan bakteri lebih komplek dan multi enzim sehingga meningkatkan fungsi serta sinerginya. Habitat bakteri pada lingkungan yang lebih bervariasi seperti termofilik, psikrofilik, alkalifilik, asidofilik, halofilik mampu resisten pada tekanan lingkungan. Pada penelitian ini untuk menghasilkan enzim selulosa dari bakteri selulolitik kita menggunakan proses delignifikasi jerami padi pada bejana bertekanan 1 bar pada kondisi pH 7 dan kecepatan agitasi 150 rpm serta pengaruh aerasi (non aerasi, low, high). Enzim selulase yang dihasilkan dari degrdasi lignoselulosa jerami padi oleh Bacillus circulans dan Bacillus subtilis ini dapat dimanfaatkan untuk dikonversi ke produk lain misalnya untuk biodegredable plastik, bioetanol dan sebagainya.1.2 Rumusan Masalah1) Bagaimana pengaruh pretreatment bahan lignoselulosa dengan proses delignifikasi bertekanan 1 bar terhadap produksi selulase?2) Bagaimana pengaruh penggunaan jenis bakteri selulolitik pada saat produksi enzim selulase dari hasil yang terbaik pada proses degradasi lignoselulosa?3) Bagaimana kondisi operasi yang optimal untuk proses degradasi lignoselulosa pada penelitian ini?

1.3 Tujuan Penelitian

1) Mengetahui pengaruh pretreatment bahan lignoselulosa dengan proses delignifikasi bertekanan 1 bar terhadap produksi selulase.2) Mengetahui pengaruh penggunaan jenis bakteri selulolitik pada saat produksi enzim selulase dari hasil yang terbaik pada proses degradasi lignoselulosa.3) Mengetahui kondisi yang optimal untuk proses degradasi lignoselulosa pada penelitian ini.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Jerami Padi

Jerami padi merupakan biomassa yang secara kimia merupakan senyawa berlignoselulosa. Secara umum jerami dan bahan lignoselulosa lainnya tersusun dari selulosa, hemiselulosa dan lignin. Jerami padi adalah bahan sisa panen padi yang terdiri atas batang, pucuk, kelopak daun dan daun yang biji serta butiran padinya telah dituai dengan kadar selulosa 59% - 67% (Panduwinata, 2014).

Gambar 2.1 Jerami Padi

Sebatang jerami yang telah dirontokkan gabahnya terdiri dari :

a. Batang (lidi jerami)

Bagian batang jerami kurang lebih sebesar lidi kelapa dengan rongga udara memanjang di dalamnya.

b. Ranting jerami

Ranting jerami merupakan tempat dimana butiran butiran menempel. Ranting jerami ini lebih kecil, seperti rambut yang bercabang-cabang meskipun ranting jerami mempunyai tekstur yang kasar dan kuat.

c. Selongsong jerami

Selongsong jerami adalah pangkal daun pada jerami yang membungkus batang atau lidi jerami. Jerami merupakan golongan kayu lunak yang mempunyai komponen utama selulosa. Selulosa adalah serat polisakarida yang berwarna putih yang merupakan hasil dari fotosintsis tumbu-tumbuhan (Panduwinata, 2014)

Jerami padi memiliki beberapa komponen penyusun, komponenkomponen tersebut sebagai berikut :Tabel 2.1 Komponen jerami padi

KomponenKandungan (%)

Selulosa34.2

Hemiselulosa24.5

Lignin23.4

Abu17.9

Sumber : Yulianto, 2009

2.2 Lignoselulosa

Lignoselulosa merupakan komponen organik utama dari biomassa yang terdiri dari tiga polimer yaitu lignin, hemiselulosa, dan selulosa dimana yang terbesarnya yaitu selulosa sekitar 35-50%, hemiselulosa 20-35%, dan lignin 10-25%. (Anindyawati, 2010). Ilustrasi dari ketiga komponen tersebut dapat dilihat pada gambar 2.2.

Gambar 2.2 Struktur Biomassa Lignoselulosa (Boudet et al, 2003)

Komposisi lignoselulosa tergantung dari mana sumbernya. Terdapat variasi yang signifikan dari komposisi lignin dan hemiselulosa tergantung berasal dari kayu keras, lunak atau rerumputan. Contoh komposisi lignoselulosa pada beberapa sumber dapat dilihat pada tabel 2.2 dibawah ini :Tabel 2. 2 Komposisi lignoselulosa dalam beberapa sumber

Material lignoselulosaSelulosa

(%)Hemiselulosa

(%)Lignin

(%)

Batang kayu keras40-5524-4018-25

Batang kayu lunak45-5025-3525-35

Sumber : Harmsen et al, 2010Lignoselulosa merupakan komponen yang paling banyak terdapat pada buangan beberapa industri seperti hutan, pertanian, dan limbah rumah tangga. Untuk menghidrolisis enzimatis dari lignoselulosa dengan tanpa pretreatment biasanya tidak efektif karena tingginya stabilitas material terhadap serangan enzim atau bakteri (Taherzadeh and Karimi, 2008). Oleh karena itu, sebagian besar proses dalam pemanfaatan bahan lignoselulosa ini selalu melibatkan pretreatment terlebih dahulu.

Gambar 2.3 Konfigurasi dinding sel tanaman (Supardjo, 2008)

2.3 Selulosa

Selulosa (C6H10O5)n merupakan komponen utama lignoselulosa berupa mikrofibil- mikrofibil homopolisakarida yang terdiri atas unit-unit -D-glukopiranosa yang terhubung melalui ikatan glikosidik (Soerawidjaja, 2011). Selulosa merupakan substansi yang tidak larut dalam dalam air yang terdapat di dalam dinding sel tanaman terutama dari bagian batang, tangkai dan semua bagian yang mengandung kayu. Selulosa merupakan homopolisakarida yang mempunyai molekul berbentuk linear, tidak bercabang dan tersusun atas 10.000 sampai 15.000 unit glukosa yang dihubungkan dengan ikatan -1,4 glikosidik (Nelson dan Micheal, 2000 dalam Panduwinata, 2014)

Pada tanaman, selulosa dilapisi oleh polimer yang sebagian besar terdiri dari xilan dan lignin. Xilan dapat di degradasi oleh xilanase, akan tetapi lignin akan sulit terdegradasi. Jika xilan dan lignin dihilangkan, maka selulosa dapat didegradasi oleh selulase dari bakteri atau kapang selulolitik untuk menghasilkan selobiosa dan glukosa. Selobiosa berfungsi menghambat sistem kerja dari sellulase dan proses selulolitik akan cepat berhenti bila tidak ada mikroba sakarolitik lainnya dala