COVER PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO …

19
i COVER PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO DENGAN METODE PRETREATMENT ALKALI ICE 410 Penelitian Disusun untuk memenuhi tugas akhir guna mencapai gelar sarjana di bidang Ilmu Teknik Kimia oleh : Rana Vinita (2013620095) Pembimbing : Tony Handoko, ST, MT. JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN BANDUNG 2017

Transcript of COVER PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO …

Page 1: COVER PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO …

i

COVER

PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO

DENGAN METODE PRETREATMENT ALKALI

ICE 410 – Penelitian

Disusun untuk memenuhi tugas akhir guna mencapai gelar

sarjana di bidang Ilmu Teknik Kimia

oleh :

Rana Vinita (2013620095)

Pembimbing :

Tony Handoko, ST, MT.

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN

BANDUNG

2017

Page 2: COVER PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO …

ii

Page 3: COVER PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO …

iii

Page 4: COVER PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO …

iv

Page 5: COVER PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO …

v

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan karena atas kasih dan anugerah-Nya

penulis dapat menyelesaikan laporan penelitian berjudul “Pemisahan Selulosa dan

Lignin dari Buah Bintaro dengan Metode Alkali”. Adapun tujuan pembuatan

penelitian ini yaitu untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh gelar strata satu di

bidang ilmu teknik kimia.

Banyak hambatan yang dihadapi penulis selama proses penyusunan proposal

antara lain dalam pencarian dan pengumpulan literatur, serta penyusunan menjadi suatu

proposal. Maka dengan kerendahan hati penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih

kepada:

1. Tuhan YME yang telah memberikan berkat dan anugerah-Nya sehingga penulis

dapat menyelesaikan proposal penelitian tepat pada waktunya;

2. Tony Handoko selaku Dosen Pembimbing yang senantiasa memberikan petunjuk,

dorongan, serta bimbingan kepada penulis;

3. Orang tua penulis yang telah mendukung penulis baik secara moril maupun

materiil;

4. Teman-teman Teknik Kimia Universitas Katolik Parahyangan Angkatan 2013 serta

pihak lain untuk dukungan dan bantuan selama penyusunan proposal dan laporan

penelitian.

Penulis dengan terbuka menerima kritik dan saran dari semua pihak demi

penyempurnaan penelitian ini. Akhir kata semoga penelitian ini dapat memberikan manfaat

bagi para pembaca serta perkembangan ilmu pengetahuan.

Bandung, Juli 2017

Penulis

Page 6: COVER PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO …

vi

DAFTAR ISI

COVER .................................................................................................................................. i

LEMBAR PENGESAHAN ................................................... Error! Bookmark not defined.

SURAT PERNYATAAN ....................................................... Error! Bookmark not defined.

LEMBAR REVISI .............................................................................................................. iii

KATA PENGANTAR ......................................................................................................... v

DAFTAR ISI ....................................................................................................................... vi

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................ viii

DAFTAR TABEL ............................................................................................................... ix

INTISARI ............................................................................................................................. x

ABSTRACT ........................................................................................................................ xi

BAB I .................................................................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang .......................................................................................................... 1

1.2 Tema Sentral Masalah .............................................................................................. 6

1.3 Identifikasi Masalah .................................................................................................. 6

1.4 Premis ......................................................................................................................... 6

1.5 Tujuan Penelitian ...................................................................................................... 8

1.6 Manfaat Penelitian .................................................................................................... 8

BAB II ................................................................................................................................... 9

2.1 Buah Bintaro .............................................................................................................. 9

2.2 Bahan Baku Lignoselulosa ...................................................................................... 11

2.3 Ikatan-ikatan pada lignoselulosa ........................................................................... 12

2.4 Komposisi Kimia Lignoselulosa ............................................................................. 14

2.5 Metode Pemisahan Selulosa dan Lignin ................................................................ 17 2.5.1 Metode Fisika ..................................................................................................... 19

2.5.2 Metode Fisika-Kimia .......................................................................................... 21

2.5.3 Metode Kimia ..................................................................................................... 25

2.5.4 Metode Biologi ................................................................................................... 30

2.6 Pemilihan Metode Pretreatment Alkali .................................................................. 31 2.6.1 Mekanisme Pemisahan dengan Pretreatment Alkali.......................................... 32

2.6.2 Pemilihan Jenis Pelarut Alkali ............................................................................ 34

2.7 Metode Analisa Pemisahan Selulosa dan Lignin .................................................. 37 2.7.1 Metode Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) ................................ 37

2.7.2 Analisa Lignin dengan Metode Klason .............................................................. 38

2.7.3 Analisa Selulosa dengan Metode Norman-Jenkins Termodifikasi..................... 38

2.7.4 Analisa High Performance Liquid Chromatography (HPLC) ............................ 39

BAB III ............................................................................................................................... 40

3.1 Bahan ........................................................................................................................ 40

3.2 Peralatan .................................................................................................................. 40

3.3 Prosedur Percobaan ................................................................................................ 41 3.3.1 Persiapan Bahan Baku ........................................................................................ 42

3.3.2 Pengecilan Ukuran Bahan Baku ......................................................................... 42

3.3.3 Pemisahan Selulosa dan Lignin Buah Bintaro dengan Metode Alkali ............... 43

Page 7: COVER PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO …

vii

3.4 Analisa ...................................................................................................................... 44

3.5 Matriks Percobaan .................................................................................................. 44

3.6 Lokasi dan Jadwal Kerja Penelitian ...................................................................... 46

BAB IV ............................................................................................................................... 47

4.1 Persiapan Bahan Baku ............................................................................................ 47

4.2 Hasil Analisa Kadar Lignoselulosa Awal Buah Bintaro ...................................... 48

4.3 Pemisahan Selulosa dan Lignin Buah Bintaro ..................................................... 50

4.4 Hasil Analisa Kadar Lignin .................................................................................... 52 4.4.1 Pengaruh Variasi Rasio F:S ................................................................................ 53

4.4.2 Pengaruh Variasi Temperatur ............................................................................. 54

4.4.3 Pengaruh Variasi Jenis Alkali............................................................................. 55

4.5 Hasil Analisa Kadar Selulosa ................................................................................. 57 4.5.1 Pengaruh Variasi Rasio F:S ................................................................................ 59

4.5.2 Pengaruh Variasi Temperatur ............................................................................. 59

4.5.3 Pengaruh Variasi Jenis Alkali............................................................................. 60

4.6 Perbandingan dengan Penelitian Sebelumnya ..................................................... 61

BAB V ................................................................................................................................. 64

5.1 Kesimpulan .............................................................................................................. 64

5.2 Saran ......................................................................................................................... 64

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................ 65

LAMPIRAN A ................................................................................................................... 69

LAMPIRAN B ................................................................................................................... 72

LAMPIRAN C ................................................................................................................... 80

LAMPIRAN D ................................................................................................................... 83

LAMPIRAN E ................................................................................................................... 86

Page 8: COVER PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO …

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Buah Bintaro... ............................................................................................... 10

Gambar 2.2 Penyebaran komponen lignoselulosa ............................................................. 11

Gambar 2.3 Struktur selulosa ............................................................................................. 14

Gambar 2.4 Struktur alpha-cellulose ................................................................................. 15

Gambar 2.5 Struktur beta-cellulose ................................................................................... 15

Gambar 2.6 Pemecahan solvolisis α-eter dengan asam[24] ................................................. 29

Gambar 2.7 Pemecahan ikatan glikosidik pada selulosa dengan alkali ............................. 32

Gambar 2.8 Mekanisme reaksi peeling dari rantai selulosa atau glukomanan .................. 33

Gambar 2.9 Prinsip kerja FTIR spektrometri .................................................................... 37

Gambar 3.1 Diagram Cara Kerja Persiapan Bahan Baku Buah Bintaro……………........42

Gambar 3.2 Diagram Cara Kerja Pretreatment Fisika Buah Bintaro…………………….42

Gambar 3.3 Diagram Alir Proses Pretreatment Alkali Pemisahan Selulosa dan Lignin

Buah Bintaro ................................................................................................................ 43

Gambar 4.1 (a) Buah bintaro yang telah dikupas kulitnya dan dipotong………..……….48

Gambar 4.2 Larutan hasil perlakuan alkali ........................................................................ 50

Gambar 4.3 Profil Kadar Lignin dengan Variasi Rasio F:S .............................................. 53

Gambar 4.4 Profil kadar lignin dengan variasi temperatur ................................................ 54

Gambar 4.5 Profil kadar lignin dengan variasi jenis alkali ................................................ 55

Gambar 4.6 Pemecahan struktur lignin dalam larutan alkali[34] ......................................... 56

Gambar 4.7 Profil kadar selulosa dengan variasi rasio F:S ............................................... 59

Gambar 4.8 Profil kadar selulosa dengan variasi temperatur ............................................ 60

Gambar 4.9 Profil kadar selulosa dengan variasi jenis alkali ............................................ 61

Page 9: COVER PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO …

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Perbandingan kandungan komponen bahan Baku lignoselulosa[4] ....................... 1

Tabel 1.2 Perolehan kelarutan komponen lignoselulosa dengan berbagai metode

pretreatment .................................................................................................................. 4

Tabel 1.3 Efek dari pretreatment terhadap komposisi kimia dan struktur fisika dari bahan

baku lignoselulosa[11] ..................................................................................................... 5

Tabel 1.4 Premis Penelitian .................................................................................................. 7

Tabel 2.1 Klasifikasi Tanaman Bintaro…………………………………………….........…9

Tabel 2.2 Ikatan-ikatan pada Komponen Lignoselulosa……………………………….....12

Tabel 2.3 Kelebihan dan kekurangan metode pretreatment bahan baku lignoselulosa[25] . 31

Tabel 2.4 Perbandingan beberapa pretreatment alkali[28] ................................................... 34

Tabel 3.1 Rancangan matriks percobaan……………....…………………………..……...44

Tabel 3.2 Analisis varian penelitian utama ......................................................................... 45

Tabel 3.3 Jadwal Kerja Penelitian ...................................................................................... 46

Tabel 4.1 Kandungan awal selulosa dan lignin buah bintaro..............................................49

Tabel 4.2 Hasil analisa kadar selulosa buah bintaro setelah perlakuan alkali .................... 51

Tabel 4.3 Hasil analisa kadar lignin buah bintaro setelah perlakuan alkali ........................ 51

Tabel 4.4 ANOVA hasil analisa kadar lignin ..................................................................... 52

Tabel 4.5 ANOVA hasil analisa kadar selulosa ................................................................. 58

Tabel 4.6 Perbandingan dengan penelitian sebelumnya ..................................................... 61

Page 10: COVER PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO …

x

INTISARI

Tanaman bintaro merupakan tanaman yang berasal dari daerah tropis seperti Asia,

Australia, Madagaskar biasanya digunakan untuk tanaman hias, penghijauan, bahan baku

kerajinan tangan, atau peneduh di dalam kota. Buah dari pohon bintaro ini memiliki racun

sehingga tidak dapat dikonsumsi, namun kandungan selulosa dan ligninnya yang tinggi

dapat dimanfaatkan untuk bahan baku lignoselulosa. Fokus pada penelitian ini adalah

untuk memisahkan komponen selulosa dan lignin buah bintaro dengan perlakuan dengan

metode kimia, yaitu metode alkali.

Tujuan penelitian ini adalah untuk meninjau penggunaan pretreatment alkali yang

paling efektif dalam memisahkan selulosa dan lignin buah bintaro dengan variasi jenis

alkali, rasio bahan baku terhadap alkali, dan temperatur pemasakan agar didapatkan

perolehan lignin yang sedikit dan selulosa yang maksimal. Metode penelitian yang

digunakan adalah pretreatment alkali. Sebelum pretreatment alkali, buah bintaro

dipersiapkan dengan mengecilkan ukurannya menjadi mesh – 30 + 40. Percobaan

kemudian dilakukan dengan variasi jenis alkali (NaOH dan H2O2 alkali) dengan

konsentrasi 8%-wt pada temperatur 50 ºC dan 80 ºC selama 1 jam. Perbandingan bahan

baku dengan larutan alkali adalah 1:4 dan 1:10 (g/ml). Analisis sampel yang dilakukan

meliputi penentuan kadar lignin dan selulosa buah bintaro dengan Metode Klason dan

Metode Norman-Jenkins.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa variabel yang berpengaruh signifikan pada

perolehan lignin dan selulosa setelah perlakuan alkali adalah jenis alkali. Untuk perolehan

kadar lignin, larutan NaOH menghasilkan kadar lignin tertinggi yaitu 14,50% pada rasio

F:S 1:4 dan temperatur 50 ºC. Untuk perolehan kadar selulosa, larutan H2O2 alkali

menghasilkan kadar selulosa tertinggi yaitu 75,21% pada rasio F:S 1:10 dan temperatur 80

ºC. Rasio F:S tidak berpengaruh secara signifikan pada perolehan kadar selulosa dan lignin

hasil pemisahan dengan metode alkali.

Page 11: COVER PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO …

xi

ABSTRACT

“Bintaro” plant, also known as sea mango, is tropical plant from Asia, Australia, or

Madagascar region that is usually used for ornamental, reforestation, or shade plants in the

city. The fruit from sea mango tree is inedible because it is poisonous, but it has high

lignocellulose content. Therefore, it can be considered as a lignocellulose biomass to serve

as its purpose. The focus of this study is to separate cellulose and lignin from its

lignocellulosic structure, by the means of chemical method using alkaline solution.

The purpose of this study is to examine the most effective use of alkaline

pretreatment in separating cellulose and lignin content of the sea mango fruit. The variaton

used in this study are the type of alkaline solvent used, biomass-to-solvent ratio, and

temperature to obtain the maximum amount of lignin and cellulose obtained. Thus, the

method is called the alkaline method. The sea mango fruit is first prepared beforehand by

oven-drying at 80ºC, then cut the sizes of – 30 + 40 mesh. The experiment is then done

with such variation; NaOH and alkaline peroxide solvent at 8%-wt concentration each,

biomass-to-solvent ratio of 1:4 and 1:10 (g/ml), and temperatures 50ºC and 80ºC for each 1

hour pretreatment time. Analysis will be done to check the cellulose and lignin content in

the biomass by Norman-Jenkins method and Klason lignin method respectively.

The results of this study shows that the most significant factor affecting cellulose

and lignin content in the biomass after pretreatment with alkaline method is the type of

alkali used. The highest lignin content is obtained by using NaOH with F:S ratio 1:4 and

temperature 50 ºC. The highest cellulose content is obtained by using alkaline peroxide

with F:S ratio 1:10 and temperature 80 ºC. The only variable that does not give significant

effect on lignocellulose content after alkaline pretreatment is the biomass-to-solvent ratio.

Page 12: COVER PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO …

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Tanaman bintaro merupakan salah satu tanaman yang buahnya tidak dapat dikonsumsi,

bahkan bersifat beracun sebab bijinya mengandung senyawa glikosida jantung seperti

cerberin. Nama latin dari tanaman bintaro adalah Cerbera manghas L., berasal dari daerah

tropis seperti Asia dan Australia. Di Indonesia, tanaman bintaro terdapat di pulau-pulau

besar sepetri Sumatra, Jawa, Bali, Maluku, Timor, dan Irian Jaya dan biasanya ditemukan

di wilayah pesisir pantai. Sekarang ini buah bintaro dapat ditemukan juga di dalam kota

sebab pohonnya dapat digunakan sebagai pohon penghijauan. Selain itu, pohonnya juga

dapat tumbuh di mana saja dan tidak memerlukan perawatan khusus sehingga mudah

dijumpai[1].

Buah dari tanaman bintaro merupakan buah drupa (berbiji) dengan serat yang

menyerupai buah kelapa, berbentuk oval dan berwarna hijau. Pada buah bintaro terdapat

kandungan senyawa selulosa, hemiselulosa, dan lignin dengan komposisi 56,76%, 8,71%,

dan 28,30% secara berurutan[2]. Kadar komponen-komponen yang banyak tersebut

membentuk buah bintaro menjadi bahan baku lignoselulosa. Perbandingan kandungan

komponen lignoselulosa dengan bahan-bahan baku lignoselulosa umum lainnya dapat

dilihat pada Tabel 1.1.

Tabel 1.1 Perbandingan kandungan komponen bahan Baku lignoselulosa[4]

Bahan baku

lignoselulosa Selulosa (%) Hemiselulosa (%) Lignin (%)

Kayu keras 40-55 24-40 18-25

Kayu lunak 45-50 25-35 35-35

Kulit kacang 25-30 25-30 30-40

Tongkol jagung 45 35 15

Rumput 25-40 35-50 10-30

Jerami gandum 30 50 15

Buah bintaro[3] 56,76 8,71 28,3

Page 13: COVER PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO …

2

Bahan baku lignoselulosa yaitu mencakup sebagian besar limbah perkotaan (municipal

solid waste), limbah pertanian, limbah perhutanan, ataupun woodlot. Bahan baku

lignoselulosa merupakan bahan baku yang lebih murah dibanding bahan baku lainnya

seperti gas alam, minyak mentah, ataupun soy oil dan ketersediaannya lebih banyak. Bahan

baku lignoselulosa seperti jerami padi, kayu lunak, atau kulit pisang merupakan contoh

bahan baku yang telah berhasil digunakan untuk proses biorefinery; yaitu proses yang

mengintegrasikan dan mengkonversi biomassa untuk menjadi sumber bahan baku. Bahan-

bahan lignoselulosa tersebut diolah untuk menghasilkan etanol untuk industri bahan bakar

etanol atau pulp untuk industri pulp dan kertas. Pengolahan tersebut dapat mengurangi

ketergantungan pada bahan bakar fosil dan juga gas hasil efek rumah kaca.

Pemanfaataan tanaman bintaro sebagai bahan baku lignoselulosa belum banyak

dilakukan, maka pengetahuan tentang manfaat buah bintaro hanya dimanfaatkan sebatas

untuk memproduksi barang-barang komersiil seperti minyak wangi, bahan baku kerajinan

tangan, ataupun sebagai racun tikus. Penelitian belum banyak dilakukan untuk

memanfaatkan seluruh bagian dari buah bintaro, yang umum diketahui adalah bahwa biji

dari buah bintaro mengandung minyak sehingga dapat dimanfaatkan untuk biodiesel.

Namun untuk klasifikasi atau khasiat-khasiat dari buah bintaro pun belum banyak

diketahui. Padahal jumlah buah bintaro yang melimpah dan tidak bersaing dengan produk

pangan ini merupakan keuntungan utama jika digunakan sebagai bahan baku lignoselulosa.

Dapat dilihat dari Tabel 1.1 bahwa kandungan selulosa buah bintaro sangat tinggi, dan

kadar ligninnya serupa dengan bahan baku lignoselulosa lainnya. Lignin yang terdapat

pada buah bintaro juga tidak sedikit yang perlu dihilangkan, sedangkan kadar selulosanya

yang tinggi dapat ditingkatkan agar dapat dimanfaatkan dengan maksimal untuk perolehan

glukosa yang tinggi apabila hasil pretreatment dihidrolisis atau difermentasi. Dengan

begitu buah bintaro sebagai bahan baku lignoselulosa juga dapat diolah dengan proses

yang sama untuk memperoleh produk-produk penting dari proses biorefinery seperti

halnya bioadsorben, sintesis enzim, dan fermentasi alkohol.

Keuntungan dari menggunakan buah bintaro adalah pemanfaatan bahan non-pangan

(non-edible feedstock) yang sekarang ini seharusnya bisa lebih dipilih sebagai bahan baku

yang digunakan untuk proses biorefinery biomassa lignoselulosa, dan tidak menimbulkan

persaingan di dunia pangan. Setiap komponen dari bahan baku lignoselulosa dapat

dimanfaatkan. Komponen bahan baku lignoselulosa terdiri dari rantai selulosa yang terikat

oleh ikatan hidrogen dalam mikrofibril, dimana fibril-fibril tersebut terikat satu sama lain

Page 14: COVER PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO …

3

oleh hemiselulosa, yang diselubungi oleh lignin. Selulosa dan hemiselulosa dapat

dihidrolisis menjadi monomernya seperti glukosa, dan kemudian diolah menjadi produk

fermentasi seperti bioetanol, biofuel, atau bahan kimia seperti furfural, atau pelarut organik

seperti butanol dan metanol. Sedangkan lignin merupakan bagian dari lignoselulosa yang

bersifat tidak dapat difermentasi, namun dapat berguna sebagai adesif, pengikat, atau sub-

bituminous coal. Jika komponen-komponennya tidak terpisahkan maka dapat menghambat

salah satu fungsi dari masing-masing komponen seperti contohnya pada pembuatan pulp;

adanya lignin akan menurunkan mutu pulp dan menyebabkan warna kertas tidak putih.

Sifat alami biomassa lignoselulosa yang keras atau sulit dipecah menimbulkan

permasalahan yaitu sulitnya untuk mengakses selulosa (untuk hidrolisis) yang dikarenakan

adanya lapisan lignin dan hemiselulosa yang mengelilinginya. Diperlukan pemisahan

komponen-komponennya untuk mengubah struktur dan komposisi lignoselulosa yang

dapat mengutilitas pengolahan komponennya lebih lanjut sebagai sumber karbon.

Pemanfaatan buah bintaro sebagai bahan baku lignoselulosa ini maka memiliki

hambatan yang sama, yaitu struktur lignoselulosa yang sulit dipecah. Lapisan lignin yang

membalut karbohidrat tersebut memiliki ikatan kimia yang sulit dipecahkan dan

berkontribusi pada kekerasan struktur lignoselulosa sehingga menjadi tahan terhadap

serangan enzim untuk menghidrolisis komponennya. Adanya lignin menjadi lapisan

pelindung dan akan mencegah terjadinya degradasi selulosa oleh enzim.

Selain itu, suprastruktur selulosa yang disebabkan oleh strukturnya yang kristalin juga

sulit untuk dipecah akibat ikatan antar rantai selulosa yang kuat, yaitu ikatan hidrogen.

Sehingga diperlukan adanya pretreatment agar selulosa dapat diperoleh dengan keadaan

murni dan terpisah dari ligninnya. Dalam keadaan ini selulosa akan dapat dihidrolisis.

Maka proses pretreatment ini bertujuan untuk memisahkan masing-masing komponen

lignoselulosa dan menurunkan derajat kristalinitas selulosa agar dapat dihidrolisis,

sehingga dapat dilakukan pengolahan terhadap buah bintaro sebagai bahan baku

lignoselulosa. Pemisahan ini harus dilakukan dengan efektif agar mendapatkan masing-

masing komponen secara terpisah tanpa terdegradasi menjadi senyawa monomernya sebab

akan mengganggu hasil pretreatment.

Proses ini merupakan tahapan pertama dalam mengkonversi biomassa lignoselulosa

dalam proses biorefinery, sehingga disebtu pretreatment. Berbagai metode pretreatment

akan memberikan efek yang berbeda terhadap komposisi komponen hasil perlakuan

terhadap biomassanya.

Page 15: COVER PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO …

4

Proses pretreatment yang akan digunakan perlu mempertimbangkan beberapa faktor

yang dapat mempengaruhi keberhasilan prosesnya, seperti kemurnian dari hasil perolehan

komponen lignoselulosa, tidak membentuk inhibitor yang dapat menghambat proses

lanjutan yaitu hidrolisis atau fermentasi, tidak mendegradasi atau hilangnya sebagian

karbohidrat, dan sejauh mana proses pretreatment dapat dengan efektif mendegradasi

komponen-komponen lignoselulosa yang tidak diinginkan. Selain itu untuk memilih

metode pretreatment juga perlu melihat dari sisi biaya dan energi untuk pelaksanaannya.

Penggunaan metode pretreatment yang tidak optimal dapat menyebabkan degradasi

hemiselulosa dan lignin parsial serta menghasilkan senyawa beracun yang menghambat

pertumbuhan khamir, sehingga hidrolisis tidak akan berjalan dengan baik[4].

Perbandingan beberapa metode pretreatment dan perolehan komponennya disajikan

pada Tabel 1.2.

Tabel 1.2 Perolehan kelarutan komponen lignoselulosa dengan berbagai metode

pretreatment

Metode % Kelarutan Komponen Temperatur

(oC) Hemiselulosa Lignin

Organosolv[5] 91% 87% 180

Organosolv

(pH~2.4)[6]

90% 99% 188

AFEX[7] 40-50% 85% 160

Liquid How

Water[4]

100% 35-60% 200-230

Steam explosion[8] 74% 94% 195

Alkali[9] - 80% 80-100

Asam encer[7] 83% - 170-180

Wet Oxidation[10] 80% 55% 185

Dari Tabel 1.2 dapat dilihat bahwa proses pretreatment dengan perolehan

hemiselulosa dan lignin paling tinggi adalah metode fisika-kimia yaitu metode organosolv.

Metode ini perlu memperhatikan suhu dan tekanan reaksi sebab merupakan variabel yang

penting untuk pemasakan bahan baku lignoselulosa. Penggunaan metode yang

memerlukan tekanan dan temperatur optimal yang tinggi perlu dipertimbangkan kembali

sebab biaya peralatan dan operasi akan menjadi lebih mahal, maka proses pretreatment

Page 16: COVER PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO …

5

yang akan digunakan adalah pretreatment dengan alkali. Proses ini dapat berlangsung

dengan ekonomis, dan tidak memerlukan suhu maupun tekanan yang terlalu tinggi untuk

dapat memisahkan komponennya. Selain itu, proses pretreatment dengan alkali dikenal

mirip dengan proses Kraft pulping di industri kertas, sebab berdasarkan perbandingan pada

Tabel 1.3, proses pretreatment dengan alkali dapat dengan efektif menghilangkan lignin

yang merupakan penghalang utama bagi hidrolisis atau fermentasi untuk terjadi

disebabkan kemampuannya untuk memecah struktur internal dari komponen lignoselulosa.

Efek dari berbagai metode pretreatment terhadap komposisi kimia dan fisika bahan baku

lignoselulosa dapat dilihat pada Tabel 1.3.

Tabel 1.3 Efek dari pretreatment terhadap komposisi kimia dan struktur fisika dari bahan

baku lignoselulosa[11]

Memperbesar luas

permukaan yang dapat

diakses

Dekristalisasi selulosa

Meghilangkan hemiselulosa

Menghilangkan lignin

Mengubah struktur lignin

Uncatalyzed Steam Explosion

Liquid Hot Water ND

pH Controlled Hot Water

ND ND

Flow-Through Liquid Hot Water

ND

Dilute Acid

Flow-Through Acid

AFEX

ARP

Lime

ND

Major Effect

Minor Effect

Not Determined

Namun, sulit untuk satu metode pretreatment saja yang dilakukan agar dapat

memenuhi seluruh kriteria keberhasilan pemisahan komponennya. Kombinasi beberapa

ND

Page 17: COVER PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO …

6

metode pretreatment dapat meningkatkan kualitas residu selulosa hasil pemisahan yang

akan memberikan perolehan tinggi saat dihidrolisis, serta memperoleh lignin dalam wujud

yang lebih murni dan kental yang memiliki banyak kegunaan di dunia industri. Maka pada

penelitian ini proses pretreatment alkali akan digabungkan dengan pretreatment fisika

yaitu pengecilan ukuran biomassa agar proses pemisahan dan degradasi lignin berlangsung

lebih efektif.

1.2 Tema Sentral Masalah

Adanya hambatan dalam pemisahan lignin dan selulosa buah bintaro sehingga

perlu dilakukan preatreatment terlebih dahulu sebelum masing-masing komponen

lignoselulosa dapat diproses lebih lanjut. Metode alkali dipilih sebagai metode

pretreatment yang untuk memisahkan lignin dan selulosa buah bintaro, dan ditinjau

keefektifannya dari variasi rasio bahan baku dengan larutan alkali (F:S), temperatur

operasi, dan jenis alkali.

1.3 Identifikasi Masalah

1. Bagaimana pengaruh rasio F:S bahan baku terhadap kadar lignin dan selulosa dari

hasil pemisahan dengan metode preteratment alkali?

2. Bagaimana pengaruh temperatur operasi terhadap kadar lignin dan selulosa dari

hasil pemisahan dengan metode pretreatment alkali?

3. Bagaimana pengaruh jenis alkali (NaOH, alkali peroksida) terhadap kadar lignin

dan selulosa dari hasil pemisahan dengan metode pretreatment alkali?

1.4 Premis

Premis pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 1.4

Page 18: COVER PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO …

7

Tabel 1.4 Premis Penelitian

Bahan Baku Kondisi Penelitian Hasil Pengarang

Pakan ternak Perlakuan dengan NaOH 1,5-10%, 2 mm, suhu 60-

80 ºC, rasio biomassa dan pelarut 1:10 (w/w)

60-80% lignin dihilangkan, 50%

hemiselulosa terlarut

Tajkarimi et al.,

2008[12]

Fruit wastes

(nanas, jeruk, apel,

dan mangga)

Perlakuan dengan NaOH 1% dengan rasio dengan

biomassa 1:20 (w/w), suhu 20-80 ºC, 30-120 menit,

20 mesh

Yield gula pereduksi dari masing-

masing buah yang tinggi, 1000-

3000 mg/100 ml larutan

Jeetah et al., 2016[13]

Ampas tebu Perlakuan dengan NaOH dan Ca(OH)2 yang

dicampur dengan H2O2, pH 11,5, suhu 80 ºC, 3 jam

Peningkatan kadar selulosa sampai

56,8%, lignin yang dihilangkan

sampai 75,8%

Ayeni et al., 2015[14]

Padi Perlakuan dengan alkali (NaOH) peroksida, 0,5

mm, pH 11,5, suhu 25-45 ºC, waktu 6 jam

Yield gula pereduksi yang tinggi >

85%

Champreda et al.,

2014[15]

Rice hulls

Perlakuan dengan NaOH yang dicampur dengan

H2O2 (konsentrasi 2,5-7,5%), 1 mm, pH 11,5, suhu

90 ºC, 1 jam

Yield gula pereduksi mencapai

77,51%, lignin terlarut 0,1528 g Diaz et al., 2013[16]

Kallar grass

Perlakuan dengan NaOH konsentrasi 0,5-3%, 2

mm, rasio biomassa dengan pelarut 1:10 (w/v),

waktu 30 menit - 2 jam pada suhu ruang lalu di

autoklaf selama 20 - 60 menit

Kadar selulosa tertinggi mencapai

52% dan delignifikasi sebesar 58%

Ashgar et al.,

2013[17]

Page 19: COVER PEMISAHAN SELULOSA DAN LIGNIN BUAH BINTARO …

8

1.5 Tujuan Penelitian

1. Mengetahui pengaruh rasio F:S bahan baku terhadap kadar lignin dan selulosa hasil

pemisahan dengan metode pretreatment alkali.

2. Mengetahui pengaruh temperatur pemisahan terhadap perolehan kadar lignin dan

selulosa dengan metode pretreatment alkali.

3. Mengetahui pengaruh jenis alkali terhadap perolehan kadar lignin dan selulosa

hasil pemisahan dengan metode pretreatment alkali.

1.6 Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian ini adalah:

1. Manfaat penelitian bagi mahasiswa

a. Mengetahui proses pemisahan selulosa dan lignin pada buah bintaro

dengan metode alkali.

b. Menghasilkan komponen pemisahan selulosa dan lignin dari buah

bintaro yang dapat menjadi bahan baku fermentasi dan hidrolisis.

c. Mengetahui manfaat buah bintaro sebagai bahan baku lignoselulosa.

2. Manfaat penelitian bagi masyarakat

Memberikan pengetahuan mengenai manfaat buah bintaro untuk

dibudidayakan.

3. Manfaat penelitian bagi dunia industri

a. Memberikan alternatif dalam pembuatan bioetanol dengan bahan baku

lignoselulosa dari buah bintaro.

b. Memberikan alternatif dalam industri pulp dan kertas dengan bahan

baku lignoselulosa.