Strategi Pemanfaatan Kulit Buah Kakao untuk Menghasilkan Gula Pereduksi

Kelompok B.1213.P.07Yohanes Rico [13010097] dan Anggi Febrina [13010107]

PembimbingDr. Sanggono Adisasmito dan Dr. C.B.Rasrendra

Program Studi Teknik Kimia - Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Bandung

Jl. Ganesha 10, Bandung 40132, Telp 022-2500989

AbstrakKulit buah kakao mengandung lignoselulosa yang berpotensi sebagai sumber gula pereduksi. Tujuan dari penelitian ini adalah menentukan komposisi lignoselulosa pada kulit buah kakao dan menentukan strategi pemanfaatan kulit buah kakao untuk menghasilkan gula pereduksi pada kondisi ramah. Strategi yang diamati meliputi perlakuan pendahuluan basa, hidrolisis asam, dan hidrolisis enzimatik. Perlakuan pendahuluan basa dilakukan menggunakan KOH dengan memvariasikan variabel waktu (5 jam dan 24 jam), temperatur (25C dan 40C), dan konsentrasi (1% dan 5%). Hidrolisis asam dilakukan menggunakan H2SO4 5% selama 1 jam pada 121C, sementara hidrolisis enzimatik dilakukan menggunakan Cellic®CTec2 selama 48 jam pada 50C. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kulit buah kakao mengandung 16,32±2,13 % hemiselulosa, 24,11±2,37 % selulosa, dan 14,23±1,74 % lignin. Konsentrasi basa memberikan pengaruh paling besar dalam perlakuan pendahuluan dibandingkan dengan waktu dan temperatur. Meskipun demikian ketiga faktor ini tidak memberikan pengaruh yang signifikan. Hidrolisis enzimatik terbukti menghasilkan perolehan gula pereduksi yang lebih besar dibandingkan hidrolisis asam. Hidrolisis enzimatik mampu menghasilkan rata-rata 48% gula pereduksi (149,64±2,33 mg/gr kulit buah kakao) sementara hidrolisis asam hanya 11,39% (39,21±3,14 mg/gr kulit buah kakao). Perlakuan pendahuluan basa memp engaruhi total perolehan gula pereduksi hasil hidrolisis asam dan hidrolisis enzimatik. Hidrolisis enzimatik kulit buah kakao yang tidak diberi perlakuan pendahuluan menghasilkan gula pereduksi sebesar 31,36% (126,41±26,85 mg/gr kulit buah kakao), sementara hidrolisis enzimatik yang diberi perlakuan pendahuluan basa menghasilkan total gula pereduksi dengan rata-rata 75,56% (259,39±1,17 mg/gr kulit buah kakao). Hidrolisis asam kulit buah kakao yang tidak diberi perlakuan pendahuluan menghasilkan gula pereduksi sebesar 4,70% (18,96±9,38 mg/gr kulit buah kakao), sementara hidrolisis asam yang diberi perlakuan pendahuluan basa menghasilkan total gula pereduksi sebesar 38,47% (148,96±1,92 mg/gr kulit buah kakao).

Kata kunci: kulit buah kakao, perlakuan pendahuluan, hidrolisis, gula pereduksi

1. PENGANTAR

Indonesia merupakan salah satu negara penghasil kakao terbesar di dunia. Pada tahun 2010, produksi kakao Indonesia mencapai 540.000 ton. Produksi ini mengalami kenaikan sebesar 8% dari tahun sebelumnya. Seiring dengan peningkatan angka produksi buah kakao, limbah yang dihasilkan juga terus meningkat. Buah kakao umumnya terdiri dari 70-80% kulit buah kakao (cocoa pod husk), 16-20% biji, dan 2% kulit ari [9]. Limbah kulit buah kakao dapat menimbulkan permasalahan lingkungan jika tidak diolah dengan baik. Saat ini, kulit buah kakao belum dimanfaatkan secara optimal. Pemanfaatan kulit buah kakao hanya terbatas sebagai pakan ternak, pupuk kompos, dan bahan baku pembuatan tepung. Petani-petani perkebunan di Indonesia belum mampu mengolah kulit buah kakao menjadi produk lain yang lebih bermanfaat, padahal kulit buah kakao merupakan biomassa penghasil lignoselulosa yang potensial. Pada kulit buah kakao terdapat pektin (6%), lignin (15%), hemiselulosa (11%), dan selulosa (35%) [10]. Sebagai biomassa dengan kandungan lignoselulosa yang cukup tinggi, kulit buah kakao potensial sebagai sumber penghasil gula pereduksi. Gula pereduksi dapat diperoleh dari hidrolisis lignoselulosa. Gula pereduksi umumnya dimanfaatkan dalam industri pangan dan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol.

B.1213.P.07/1

1.1. Rumusan Masalah

Kulit buah kakao memiliki potensi besar sebagai sumber gula pereduksi. Agar kulit buah kakao dapat dimanfaatkan secara optimal, diperlukan strategi yang tepat dalam proses pengolahannya. Perlakuan pendahuluan diperlukan untuk mendapatkan gula pereduksi dari lignoselulosa kulit buah kakao. Perolehan gula pereduksi dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti konsentrasi basa, temperatur operasi, dan rentang waktu operasi. Berkaitan dengan faktor-faktor tersebut, rumusan masalah yang dapat dibuat adalah : Melakukan karakterisasi kulit buah kakao. Mempelajari variabel yang paling berpengaruh terhadap perolehan gula pereduksi pada perlakuan pendahuluan basa.

Variabel yang diamati adalah konsentrasi, waktu, dan temperatur. Membandingkan perolehan gula pereduksi pada kulit buah kakao yang dihidrolisis secara enzimatik dan dihidrolisis

menggunakan asam encer. Mempelajari pengaruh rentang waktu operasi pada perlakuan pendahuluan basa pada kulit buah kakao yang dilanjutkan

dengan hidrolisis asam. Mempelajari pengaruh perlakuan pendahuluan basa terhadap perolehan total gula pereduksi.

1.2. Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah menentukan strategi pemanfaatan bahan kimia bermanfaat, yaitu gula pereduksi, dari limbah kulit buah kakao. Tujuan khusus dari penelitian ini adalah menentukan pengaruh variasi konsentrasi basa, temperatur, dan rentang waktu operasi terhadap perolehan gula pereduksi pada proses perlakuan pendahuluan kulit buah kakao menggunakan basa yang dilanjutkan dengan hidrolisis asam dan hidrolisis enzimatik. Dengan diperolehnya pengaruh faktor-faktor tersebut terhadap perolehan gula pereduksi, diharapkan akan ditemukan pengaruh setiap faktor untuk menghasilkan gula pereduksi dari kulit buah kakao.

2. TEORI2.1. Perlakuan Pendahuluan Basa

Perlakuan pendahuluan biomassa lignoselulosa dilakukan untuk mendapatkan perolehan gula pereduksi yang tinggi. Perlakuan pendahuluan ini penting dalam pengembangan teknologi biokonversi dalam skala komersial. Perlakuan pendahuluan merupakan tahapan yang memerlukan biaya dan berpengaruh besar terhadap biaya keseluruhan proses. Perlakuan pendahuluan yang baik dapat mengurangi jumlah enzim yang akan digunakan dalam proses hidrolisis [12]. Selama beberapa tahun terakhir berbagai teknik perlakuan pendahuluan telah dipelajari melalui pendekatan biologis, fisika, dan kimia.

Tujuan utama perlakuan pendahuluan biomassa lignoselulosa adalah mengubah struktur biomassa selulosa sehingga struktur selulosa lebih mudah diakses oleh adsorbates (enzim atau bahan kimia). Lignin yang menghalangi selulosa harus dirusak sehingga struktur kristal selulosa dapat diganggu. Hal ini membuat selulosa dan hemiselulosa dapat dihidrolisis dengan mudah menjadi gula pereduksi (monosakarida) menggunakan asam atau enzim. Monosakarida selanjutnya dapat dikonversi menjadi bahan biokimia yang lebih berharga. Biomassa lignoselulosa tanpa perlakuan pendahuluan hanya mampu menghasilkan gula kurang dari 20%, sedangkan dengan perlakuan pendahuluan perolehan gula akan meningkat mencapai 90% dari hasil teoretis [8].

Beberapa basa juga dapat digunakan untuk perlakuan pendahuluan biomassa lignoselulosa dan efek perlakuan menggunakan alkali ini bergantung pada kadar lignin dalam biomassa [11]. Mekanisme hidrolisis basa adalah melalui saponifikasi ikatan antar molekul ester yang ber-crosslink dengan xilan hemiselulosa dan komponen lainnya, misalnya lignin dan hemiselulosa. Porositas dari lignoselulosa bahan meningkat dengan penghapusan crosslinks. Hidrolisis dengan NaOH encer dapat menyebabkan pembengkakan, meningkatkan luas permukaan internal, menurunkan derajat polimerisasi, menurunkan kristalinitas, memisahkan ikatan lignindan karbohidrat, dan menyebabkan gangguan struktur lignin. Daya cerna NaOH pada perlakuan pendahuluan kayu meningkat dari 14% menjadi 55% dikarenakan penurunan kadar lignin24-55% menjadi 20%. Namun, tidak terdapat efek untuk perlakuan pendahuluan menggunakan NaOH encer untuk kayu lunak dengan kadar lignin lebih besar dari 26% [15]. Perlakuan pendahuluan dengan NaOH encer efektif untuk hidrolisis sekam dengan kandungan lignin yang relatif rendah 10-18% [2]. Selain NaOH, ammonia juga digunakan untuk perlakuan pendahuluan untuk menghilangkan lignin. Lama perlakuan pendahuluan basa tidak mempengaruhi perolehan gula yang terbentuk.

B.1213.P.07/2

2.2. Hidrolisis Asam

Untuk melakukan hidrolisis asam dapat digunakan asam pekat ataupun asam encer. Asam pekat seperti H2SO4 dan HCl telah banyak digunakan untuk perlakuan pendahuluan lignoselulosa. Meskipun asam merupakan agen yang kuat dalam menghidrolisis selulosa, asam diketahui beracun, korosif, dan berbahaya, serta memerlukan reactor yang tahan terhadap korosi. Selain itu, asam pekat harus dapat dipulihkan setelah hidrolisis untuk membuat proses menjadi ekonomis [14].

Hidrolisis asam encer telah berhasil dikemban gkan untuk perlakuan pendahuluan bahan lignoselulosa. Hidrolisis asam encer menggunakan asam sulfat memiliki laju reaksi yang tinggi dan secara signifikan meningkatkan hidrolisis selulosa [6] . Hidrolisis asam encer pada temperatur tinggi merupakan metode yang banyak digunakan dan banyak memberikan keuntungan dalam hidrolisis selulosa [11]. Terdapat dua jenis perlakuan pendahuluan hidrolisis asam encer, yaitu menggunakan temperatur tinggi (T >160°C) untuk proses kontinu dalam padatan konsentrasi rendah (5-10% [berat substrat/beratcampuran reaksi]) [4] dan menggunakan temperatur rendah (T<160°C) untuk proses partaian untuk padatan konsentrasi tinggi (10-40%). Dalam hidrolisis asam encer, hemiselulosa terdepolimerisasi terlebih dahulu daripada selulosa pada temperatur rendah. Jika hidrolisis dilakukan pada temperatur tinggi atau waktu tinggal yang lebih lama monosakarida yang terbentuk dari hemiselulosa akan terdegradasi [13]. Hal ini dapat menimbulkan senyawa furan dan asam karboksilat [16].

2.3. Hidrolisis Enzimatik

Hidrolisis selulosa pada hidrolisis enzimatik diawali dengan tahap aktivasi dan diikuti dengan serangkaian reaksi hidrolisa sebagai berikut :

C1 Cx β-glukosidaseSelulosa Selulosa Aktif Selubiosa Glukosa

Aktivasi disebabkan oleh enzim nonhidrolisis yang disebut C1. Hidrolisis dari selulosa reaktif dilakukan oleh enzim hidrolisis Cx, sedangkan mikroorganisme yang hanya menguraikan selulosa akan kekurangan enzim C1 tetapi menghasilkan enzim Cx. Enzim-enzim selobiohidrolase, endoglukonase, dan β-glukosidase merupakan enzim penghidrolisis selulosa [7]. Perbandingan performa hidrolisis enzimatik dengan hidrolisis asam encer dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1 Perbandingan hidrolisis asam dan hidrolis enzimatikVariabel pembanding Hidrolisis asam encer Hidrolisis enzimatik

Kondisi hidrolisis yang ramah Tidak YaPerolehan tinggi dari hidrolisis Tidak YaProduk menghambat selama hidrolisis Tidak YaTerbentuknya inhibitor pada produk Ya TidakRendahnya harga katalis Ya TidakWaktu yang singkat Ya Tidak

3. PERCOBAAN3.1. Persiapan Bahan Baku

Kulit buah kakao dibersihkan terlebih dahulu dari kotoran-kotoran yang menempel seperti tanah dan debu. Kulit buah kakao yang telah bersih kemudian dipotong-potong lalu dikeringkan dalam oven 105 C selama 24 jam untuk mengurangi kandungan air dalam kulit buah kakao. Kulit buah kakao yang telah kering kemudian digiling untuk mendapatkan bubuk kakao. Pengecilan ukuran ini bertujuan untuk meningkatkan luas permukaan kulit buah kakao. Selanjutnya bubuk kakao diayak menggunakan ayakan US Standard Sieve Series No 25-ASTM Specifications.

3.2. Perlakuan Awal Alkali

Kulit buah kakao sebanyak 4 gram dimasukan ke dalam labu erlenmeyer dan direndam dalam 40 mL KOH dengan berbagai variasi konsentrasi, temperatur, dan waktu tinggal. Biomassa yang telah mendapat perlakuan pendahuluan kemudian dipulihkan dengan filtrasi dan dicuci dengan 400 mL aqua dest untuk menghilangkan alkali yang tersisa dan produk yang mungkin menghambat saat hidrolisis asam dan enzimatik. Filtrat disimpan dalam vial untuk dianalisis komposisis gula yang terbentuk sementara sisa biomassa disimpan pada plastik bersegel untuk hidrolisis enzimatik. Filtrat dan biomassa kemudian disimpan pada lemari pendingin 4C.

B.1213.P.07/3

3.3. Hidrolisis Asam

Biomassa yang telah mendapat perlakuan pendahuluan basa dimasukan ke dalam labu erlenmeyer dan direndam dalam 40 mL H2SO4 5%, selama 1 jam, pada 121 C. Biomassa kemudian dipulihkan dengan filtrasi dan dicuci dengan 400 mL aqua dest untuk menghilangkan asam yang tersisa. Filtrat disimpan dalam vial untuk dianalisis komposisis gula yang terbentuk sementara sisa biomassa disimpan pada plastik bersegel. Filtrat dan biomassa kemudian disimpan pada lemari pendingin 4C.

3.4. Hidrolisis Enzimatik

Sebanyak 3 gram biomassa yang telah diberi perlakuan basa dicampur dengan 59,88 mL buffer sodium sitrat (pH 5) dalam labu erlenmeyer. Campuran disterilisasi pada temperatur 121°C selama 15 menit kemudian didinginkan sebelum dikondisikan hingga temperatur 50 °C dalam inkubator. Setelah mencapai temperatur 50 °C, sebanyak 0,1167 ml (21,6 FPU/gr) Cellic®CTec2 ditambahkan, sehingga volume total campuran adalah 60 mL. Hidrolisis dilakukan pada temperatur 50C selama 48 jam. Material hasil hidrolisis disentrifugasi dengan kecepatan sudut 5000 RPM selama 10 menit. Filtrat diambil dan dianalisis untuk mendapatkan kandungan glukosa dan xilosa. Proses hidrolisis enzimatik dilakukan secara duplo.

3.5. Metode Analisis

Glukosa dan xilosa pada hidrolisat dianalisis menggunakan High Performance Liquid Chromatography (HPLC) menggunakan kolom Aminex HPX-87H. H2SO4 encer (0,5 %) digunakan sebagai fasa gerak dengan laju alir 0,6 ml/menit dan temperatur dijaga pada 40 oC

3.6. Rancangan Eksperimen

Untuk mengoptimasi proses hidrolisis, rancangan eksperimen dibuat dengan bantuan Half Factorial Design sehingga didapatkan rancangan eksperimen total sebanyak 10 tempuhan, kemudian dilakukan duplo.

Tabel 2 Variasi percobaan pada proses hidrolisis kulit buah kakaoTempuha

nTemperatur

(C)Konsentrasi

Basa (%w/w)Waktu (jam)

Jenis Perlakuan

Jenis Hidrolisis

1 Tanpa perlakuan pendahuluanAsam

(H2SO4

5% w/w)

2 40 5 2 4KOH

(5% w/w)3 25 3 54 40 1 55 25 1 246 Tanpa perlakuan pendahuluan

Enzimatik (Cellic® CTec2)

7 40 5 2 4KOH

(5% w/w)8 25 3 59 40 1 510 25 1 24

4. HASIL DAN PEMBAHASAN4.1. Karakterisasi Kandungan Kulit Buah Kakao

Karakterisasi kandungan kulit buah kakao dilakukan untuk mengetahui kandungan gula awal dalam kulit buah kakao sehingga nantinya diketahui berapa persen bagian yang terkonversi menjadi gul a pereduksi setelah melalui hidrolisis. Karakterisasi komposisi kulit buah kakao ini difokuskan pada jumlah gula yaitu pada selulosa dan hemiselulosa serta lignin. Hasil dari proses karakterisasi kulit buah kakao dengan menggunakan metode Datta-Chesson [5] yang telah dilakukan secara duplo dengan tingkat kepercayaan 95 % disajikan dalam Tabel 3.

Tabel 3 Hasil karakterisasi kulit buah kakaoKomposisi Persentase w/w (%)

Hemiselulosa 16,32 ± 2,13Selulosa 24,11 ± 2,37Lignin 14,23 ± 1,74

Komponen lain 45,70 ± 1,98

B.1213.P.07/4

4.2. Penentuan Waktu Perlakuan Pendahuluan Basa

Uji pendahuluan dilakukan untuk menentukan waktu operasi perlakuan pendahuluan basa yang tepat untuk menghasilkan gula pereduksi paling tinggi dari substrat kulit buah kakao. Kulit buah kakao diberikan perlakuan pendahuluan menggunakan KOH 5% w/w pada temperatur 40 C dengan variasi waktu 4 jam, 7 jam, 30 jam, dan 48 jam. Proses ini dilanjutkan dengan hidrolisis asam menggunakan asam sulfat encer H2SO4 5% w/w selama satu jam pada temperatur 121 C. Hasil penelitian perlakuan pendahuluan basa dengan variasi waktu 4 jam, 7 jam, 30 jam, dan 48 jam menunjukkan bahwa perbedaan perolehan gula pereduksi tidak berbeda secara signifikan. Perolehan gula maksimum berada di titik hidrolisis 30 jam. Meskipun demikian untuk skala industri atau skala komersial, sebaiknya perlakuan pendahuluan basa dilakukan selama 4 jam karena perbedaanya tidak terlalu signifikan.

Gambar 1 menunjukkan bahwa perolehan xilosa jauh lebih besar dibandingkan dengan perolehan glukosa, dengan perbandingan xilosa : glukosa adalah 6 : 1. Hal ini disebabkan hemiselulosa lebih mudah terdekomposisi dibandingkan selulosa. Chen dkk., (2013) mengatakan bahwa diantara selulosa, hemiselulosa, dan lignin, selulosa relatif stabil di bawah kondisi alkali karena derajat polimerisasi dan kristalinitasnya yang tinggi, sementara hemiselulosa lebih labil. Selain itu, umumnya hemiselulosa larut dalam alkali dengan konsentrasi rendah, dimana semakin banyak cabangnya semakin tinggi kelarutannya [3].

4 jam 7 jam 30 jam 48 jam0.005.00

10.0015.0020.0025.0030.00

Total Gula Xylosa Glukosa

Lama Perlakuan Pendahuluan Basa (jam)

Per

oleh

an (

%)

Gambar 1. Perolehan xylosa, glukosa, dan total gula pereduksi dari kulit buah kakao menggunakan hidrolisis asam terhadap waktu perlakuan pendahuluan

4.3. Perlakuan Pendahuluan Basa Pada Kulit Buah Kakao

Perlakuan pendahuluan basa pada kulit buah kakao dilakukan sebagai proses delignifikasi kulit buah kakao dimana terjadi penghancuran lignin yang menutup selulosa dan hemiselulosa. Basa yang digunakan adalah KOH, dengan pertimbangan penggunaan KOH dianggap aman karena kandungan K+ masih bermanfaat bagi kesuburan tanah. Perolehan gula pereduksi yang terdiri dari glukosa dan xylosa yang dihasilkan dari perlakuan pendahuluan basa dengan berbagai kondisi operasi disajikan pada Tabel 4.

Tabel 4 Perolehan total gula pereduksi kulit buah kakao yang telah diberi perlakuan pendahuluan basa

Kondisi Operasi Perlakuan pendahuluan basa

Total Gula Pada Run I Total Gula Pada Run IIPresentase

(%)mg/gr

biomassaPresentase

(%)mg/gr

biomassa24 jam, 40C, 5 % 32,00 128,96 35,00 141,055 jam, 25C, 5 % 30,00 120,90 34,18 137,755 jam, 40C, 1 % 22,32 89,95 25,37 102,2624 jam, 25C, 1 % 24,00 96,72 15,00 60,45

Hasil analisis half factorial design menggunakan perangkat lunak Minitab menunjukkan bahwa temperatur, waktu, dan konsentrasi tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap perolehan gula pereduksi. Hal ini memberikan pengertian bahwa meskipun setiap faktor memiliki pengaruh terhadap perolehan gula pereduksi, namun pengaruh tersebut tidaklah begitu besar dan dapat dianggap tidak berarti. Perolehan gula pereduksi pada perlakuan pendahuluan basa menggunakan KOH pada kulit buah kakao selama 5 jam dan 24 jam berturut-turut adalah 27,9% dan 26,5%. Hal ini menunjukkan bahwa faktor waktu pada perlakuan pendahuluan basa tidak memiliki pengaruh yang berarti. Temperatur memiliki pengaruh yang positif dimana semakin tinggi temperatur maka perolehan gula pereduksi meningkat. Temperatur perlakuan pendahuluan berhubungan dengan laju reaksi. Semakin tinggi temperatur maka proses perlakuan pendahuluan berlangsung semakin cepat. Hal ini disebabkan konstanta laju reaksi meningkat dengan meningkatnya temperatur operasi dan penambahan waktu reaksi, sehingga semakin meningkatkan

B.1213.P.07/5

konversi yang dicapai sampai ke titik optimumnya. Meskipun demikian peningkatan ini tidak terlalu besar, sebab dengan peningkatan temperatur hampir dua kali temperatur awal, gula pereduksi hanya meningkat sekitar 4 %. Pengaruh temperatur terhadap perolehan gula pereduksi ditampilkan pada Gambar 2. Konsentrasi merupakan faktor yang memiliki pengaruh paling besar dibandingkan waktu dan temperatur. Dengan meningkatkan konsentrasi dari 1% menjadi 5%, gula pereduksi yang dihasilkan meningkat sekitar 10% dari total gula. Pengaruh konsentrasi basa terhadap perolehan gula pereduksi ditampilkan pada Gambar 3.

20 25 30 35 40 45242526272829

Temperatur (C)

Per

oleh

an G

ula

(%

)

Gambar 2 Pengaruh temperatur terhadap perolehan gula pereduksi

0 1 2 3 4 5 60

10

20

30

40

Konsentrasi (% w/w)

Per

oleh

an G

ula

(%

)

Gambar 3 Pengaruh konsentrasi basa terhadap perolehan gula pereduksi

Hal ini sesuai dengan teori Balat dkk., (2008) yang menyatakan bahwa semakin besar konsentrasi maka semakin besar pula gula pereduksi yang dihasilkan [1]. KOH pada proses perlakuan pendahuluan akan bereaksi membentuk K+ dan OH-. Gugus K+ dapat memecah ikatan glikosidik pada selulosa maupun hemiselulosa, sehingga terbentuk monomer-monomer gula sederhana. Monomer gula yang dihasilkan masih dalam gugus radikal bebas, namun dengan adanya OH - akan berikatan dengan gugus radikal membentuk gugus glukosa. Dalam hal ini gugus OH- berfungsi sebagai penstabil gugus radikal bebas. Semakin banyak OH- yang terkandung dalam larutan basa, maka semakin banyak pula yang akan membuat stabil gugus radikal, sehingga glukosa yang terbentuk akan semakin banyak.

4.4. Perbandingan Hidrolisis Asam dan Hidrolisis Enzimatik Pada Kulit Buah Kakao

Kulit buah kakao yang telah diberi perlakuan pendahuluan basa pada berbagai kondisi operasi dihidrolisis secara enzimatik dan asam. Perolehan total gula pereduksi hasil hidrolisis enzimatik dan hidrolisis asam ditampilkan pada Gambar 4. Perolehan gula dari hidrolisis secara enzimatik lebih besar dibandingkan dengan hidrolisis menggunakan asam encer. Hidrolisis secara asam memutus rantai pati secara acak, sedangkan hidrolisis secara enzimatis memutus rantai pati secara spesifik pada percabangan tertentu. Hidrolisis secara enzimatis lebih menguntungkan dibandingkan hidrolisis asam, karena prosesnya lebih spesifik, kondisi prosesnya dapat dikontrol, biaya pemurnian lebih murah, dan kerusakan warna dapat diminimalkan (Virlandia, 2008). Selain itu hidrolisis enzimatik pada penelitian ini dilakukan menggunakan Cellic®CTec2 yang merupakan enzim selulase kompleks, terdiri dari enzim selulase yang agresif, hemiselulase, dan β-glucosidase yang tinggi. Hal ini ditujukan untuk melakukan degradasi selulosa menjadi gula pereduksi dengan konversi yang tinggi.

Basa 24 jam 40°C 5%

Basa 5 jam 25°C 5%

Basa 5 jam 40°C 1%

Basa 24 jam 25°C 1%

010203040506070

Hidrolisis Enzimatik Hidrolisis Asam

Jenis Perlakuan Pendahuluan Basa

Per

oleh

an T

otal

Gu

la (

%)

Gambar 4. Perbandingan hasil gula pereduksi kulit buah kakao yang dihidrolisis secara enzimatik dan asamDari percobaan ini diperoleh suatu pandangan bahwa hidrolisis asam encer pada kondisi ramah hanyalah sebuah perlakuan pendahuluan saja, tidak dapat dianggap sebagai suatu proses hidrolisis utama. Jika tetap ingin memproduksi gula pereduksi yang tinggi pada kondisi ramah melalui hidrolisis asam maka diperlukan hidrolisis asam dua tahap. Secara umum, perolehan gula pereduksi sebanyak 50-60% seperti yang diperoleh pada hidrolisis enzimatik dapat diperoleh pada hidrolisis asam sulfat encer jika temperaturnya 220 oC. Dari segi ekonomi hidrolisis asam akan memberikan nilai gross profit margin (GPM) negatif, dikarenakan perolehan yang sangat rendah jika dilakukan pada kondisi yang ramah. Sebaliknya, hidrolisis enzimatik akan memberikan keuntungan yang lebih besar walaupun diperlukan waktu yang relatif lama, yaitu 48 jam.

B.1213.P.07/6

4.5 Pengaruh Perlakuan Pendahuluan Terhadap Perolehan Gula Pereduksi

Perlakuan pendahuluan KOH pada berbagai kondisi operasi (temperatur, konsentrasi basa, dan waktu) pada kulit buah kakao menghasilkan total perolehan gula pereduksi yang lebih baik dibandingkan dengan kulit buah kakao yang dihidrolisis tanpa perlakuan pendahuluan, seperti ditunjukkan pada Gambar 5. Hidrolisis enzimatik kulit buah kakao yang tidak diberi perlakuan pendahuluan menghasilkan gula pereduksi sebesar 31,36%, sementara hidrolisis enzimatik yang diberi perlakuan pendahuluan basa menghasilkan total gula pereduksi dengan rata-rata 75,56%. Hidrolisis asam kulit buah kakao yang tidak diberi perlakuan pendahuluan menghasilkan gula pereduksi sebesar 4,70%, sementara hidrolisis asam yang diberi perlakuan pendahuluan basa menghasilkan total gula pereduksi sebesar 38,47%. Fenomena ini membuktikan bahwa perlakuan pendahuluan dapat meningkatkan perolehan gula pereduksi pada hidrolisis kulit buah kakao. Hal ini disebabkan perlakuan pendahuluan merusak struktur lignin pada kulit buah kakao, sehingga tidak ada yang menghalangi asam atau enzim dalam menghidrolisis selulosa dan hemiselulosa.

Gambar 5. Pengaruh perlakuan pendahuluan basa terhadap perolehan gula pereduksi

5. KESIMPULAN DAN SARAN5.1. Kesimpulan

Berdasarkan percobaan dan pembahasan yang telah dilakukan, kesimpulan yang dapat diperoleh dari penelitian pemanfaatan kulit buah kakao, yaitu :1. Komposisi pada kulit buah kakao yang digunakan, yaitu hemiselulosa (16,32 ± 2,13) %, selulosa (24,11 ±

2,37)%, lignin (14,23 ± 1,74)%.2. Variabel yang paling berpengaruh terhadap perolehan gula pereduksi pada perlakuan pendahuluan basa adalah

konsentrasi. Meskipun demikian konsentrasi, waktu, dan temperatur tidak berpengaruh secara signifikan.3. Hidrolisis enzimatik memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan hidrolisis asam dimana perbandingan

perolehan gula pereduksi dapat mencapai 39 : 1, dan dari segi ekonomi jika ingin melangsungkan hidrolisis pada kondisi ramah hidrolisis enzimatik lebih menguntungkan daripada hidrolisis menggunakan asam encer.

4. Perolehan gula pereduksi dari waktu 4 jam hingga 48 jam tidak berbeda secara signifikan sehingga direkomendasikan cukup melakukan perlakuan pendahuluan menggunakan KOH 5% w/w dalam waktu 4 jam saja.

5. Perlakuan pendahuluan basa mampu meningkatkan perolehan gula pereduksi sebesar 2,4 kali untuk hidrolisis enzimatik dan 8,1 kali untuk hidrolisis asam.

B.1213.P.07/7

5.2. Saran

Dari hasil penelitian yang didapatkan, performa proses perlakuan pendahuluan kulit buah kakao untuk menghasilkan gula pereduksi masih kurang baik untuk diaplikasikan pada skala industri. Maka dari itu, diperlukan penelitian lebih lanjut dalam bidang ini, yang meliputi :1. Melakukan karakterisasi menggunakan metode lain yaitu NREL sebagai perbandingan.2. Melakukan hidrolisis asam dan enzimatik pada kondisi yang sama.

UCAPAN TERIMA KASIH

Ucapan terima kasih kami ucapkan sebesar-besarnya kepada dosen pembimbing, para teknisi dan anggota Laboratorium Mikrobiologi, ITB sebagai pihak yang telah membimbing, berbagi ilmu dan membantu penyediaan alat dan bahan selama penelitian ini berlangsung.

LITERATUR[1] Balat, M.; Balat, H.; Cahide, O., “ Progress in bioethanol processing”, Progress in Energy and Combustion

Science 34 (2008), 551–573[2] Bjerre, A.B.; Olesen, A.B.; Fernqvist, T., “Pretreatment of wheat straw using combined wet oxidation and alkaline

hydrolysis resulting in convertible cellulose and hemicellulose”. Biotechnol Bioeng 49 (1996), 568–577.[3] Chen, Y.; Holmes, J.; Stevens, M.A.; Xu, H.; Zhu, Y., "Understanding of alkaline pretreatment parameters for

corn stover enzymatic saccharification", Biotechnology for Biofuels 2013, 6(8) (2013), 1-10[4] Converse, A.O.; Kwarteng, I.K.; Grethlein, H.E.; Ooshima, H., “Kinetics of thermochemical pretreatment of

lignocellulosic materials”. ApplBiochem Biotechnol 20 (1989), 63–78.[5] Datta R., “Acidogenic Fermentation of Lignocellulose-Acid Yield and Conversion of Components”,

Biotechnology and Bioengineering 23 (1981), 2167-2170.[6] Esteghlalian, A.; Hashimoto, A.G.; Fenske, J.J.; Penner, M.H., “Modeling and optimization of the dilute-sulfuric-

acid pretreatment of corn stover, poplar and switchhgrass”, Bioresour Technol 59 (1997), 129–136.[7] Fogarty, W.M., “Microbial amylases”, In Microbial Enzymes and Biotechnology ed. London: Applied Science

Publishers (1983), 1-92[8] Hamelinck, C. N.; Hooijdonk,G. V.; Faaij, A. P., “Ethanol from lignocellulosic biomass: Techno-economic

performance in short-, middle- and long- term”, Biomass Bioenerg 28(4) (2005), 384-410[9] Harimurti, N., “Potensi Limbah Kulit Buah Kakao (Theobroma Cacao L.) Sebagai Bahan Baku Bioetanol

Generasi II”, (2011) Balai Besar Litbang Pascapanen Pertanian.[10] Hutomo, G.S. dan Djagal W.M., “Synthesis and characterization of sodium carboxymethylcellulose from pod

husk of Cacao (Theobroma cacao L.)”, African Journal of Food Science 6(6) (2012) , 180-185[11] McMillan, J.D, “Pretreatment of lignocellulosic biomass”.American Chemical Society, Washington, DC, 1994[12] Mosier. N. dan Wyman, C., “Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass”.

Bioresour Technol 96(6) (2005), 673-86.[13] Saeman, J.F., “Kinetics of wood saccharification: hydrolysis of cellulose and decomposition of sugars in dilute

acid at high temperaturs”, Ind Eng Chem 37(1) (1945), 43-52[14] Sivers, M.V.; Zacchi, G., “A techno-economical comparison of three processes for the production of ethanol from

pine”. Bioresour Technol 51 (1995), 43–52.[15] Sun, Y. dan J. Cheng., "Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production: A review", Bioresource

Technology 83(1) (2002), 1-11.[16] Taherzadeh, M.J.; Gustafsson, L.; Niklasson, C.; Lidén, G., “Conversion of Furfural in aerobic and anaerobic

batch fermentation of glucose by Saccharomyces cerevisiae”, Journal of Bioscience and Bioengineering 87 (1999), 169- 174.

B.1213.P.07/8