PENURUNAN KADAR LIGNIN DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) DAN PEMECAHAN MATERIAL

SELULOSA UNTUK PEMBENTUKAN GLUKOSA DENGAN PROSES FUNGAL TREATMENT

Fanandy Kristianto / 2309 100 064Aldino Jalu Gumilang / 2309 100 087

Dosen Pembimbing :Dr. Ir. Sri Rachmania Juliastuti, M,Eng

LATAR BELAKANG

Latar Belakang

1

Luas perkebunan kelapa sawit = 5.358.423 hektar, total produksi

minyak = 10.683.756 ton (Ditjenbun, 2008)

Limbah padat berupa tandan kosong kelapa sawit (TKKS) = 4,2 juta ton

(2009)

TKKS mengandungHemiselulosa 28% = Xilosa 33% (KweiNam-Law, 2010).

Potensi Glukosa

2

Obat

Alkohol

Makanan

Bio-polimer

Pengolahan Konvensional

3

Pengolahan Konvensional

3

Fungal Treatment

4

White Rot Fungi

Brown Rot Fungi

TKKS

White Rot Fungi

4

White Rot Fungi

Tricodherma Harzianum

Phanerochaete Chrysosporium

Brown Rot Fungi

4

Brown Rot Fungi

Tricodherma Viride

Aspergillus Niger

Tujuan

5

1. Memanfaatkan Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) sebagai bahan baku pembuat glucose

2. Mendapatkan kondisi optimal untuk proses degradasilignin

3. Mendapatkan kondisi optimal untuk proses degradasicellulose dan hemicellulose

4. Mendapatkan kadar dan yield glukosa

Batasan Masalah

6

1. Bahan baku pembuatan glukosa yang digunakan adalahTandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)

2. Proses Fungal Treatment degradasi lignin menggunakanfungi Tricodherma harzianum dan Phanerochaetechrysosporium, dilanjutkan dengan degradasi cellulosedan hemicellulose menggunakan fungi Aspergillus nigerdan Tricodherma viride.

Manfaat Penelitian

7

1. Memberikan alternatif pembuatan glukosa sebagai salah satubahan baku utama bidang industri seperti makanan, energi,obat-obatan dan polimer sekaligus penanganan limbahberserat, yaitu Tandan kosong kelapa sawit (TKKS)

2. Mengetahui kondisi optimal kinerja fungi Tricodherma harzianum dan Phanerochaete chrysosporium pada degradasi lignin, kemudian mengetahui kondisi optimal pada proses hidrolisis menggunakan Aspergillus niger dan Tricodherma viride sehingga nantinya dapat diterapkan pada produksi glucose skala besar

TINJAUAN PUSTAKA

Tandan Kosong Kelapa Sawit

8

Tandan kosong kelapa sawitmerupakan limbah utama dariindustri pengolahan kelapa sawitmenjadi minyak sawit. Persentaseserat dan cangkang biji masing-masing sebesar 13% dan 5,5% daritandan buah segar

(Pusat Penelitian Kelapa Sawit 2008).

Komponen utama dari limbahpadat kelapa sawit adalah selulosadan lignin sehingga limbah ini jugadisebut limbah lignoselulosa

(Pusat Penelitian Kelapa Sawit 2008).

Tandan Kosong Kelapa Sawit

9

Komposisi kimiawi tandan kosong kelapa sawitSumber : Richana et al. (2011)

KomponenPersentase

(bobot kering)

Abu 2.09

Air 7.93

Lignin 23.15

Selulosa 46.29

Hemiselulosa 20.54

10

Lignin sulit didegradasi karena strukturnya yang kompleks danheterogen yang berikatan dengan selulosa dan hemiselulosa dalamjaringan tanaman. Lignin yang melindungi selulosa bersifat tahanterhadap hidrolisis karena adanya ikatan arilalkil dan ikatan eter

Lignin

Degradasi Lignin

11

Degradasi lignin terjadi pada akhir pertumbuhan primer melaluimetabolisme sekunder dalam kondisi defisiensi nutrien sepertinitrogen, karbon atau sulfur (Hatakka, 2001)

Enzim Tipe Enzim Peran dalam Degradasi Dihasilkan

Lignin peroksidase

(LiP)

Peroksidase Degradasi unit non-

fenolik

Phanaerochaete

chrysosporium

Manganese

peroksidase (MnP)

Peroksidase Degradasi unit fenolik

dan nonfenolik dengan

lipid

Phanaerochaete

chrysosporium

Laccase (Lac) Lignin Oksidase Oksidasi unit fenolik dan

unit nonfenolik dengan

mediator

Phanaerochaete

chrysosporium,

Tricodherma

harzianum

Tricodherma Harzianum

15

Enzim = Laccase, β-1,3-glucanase(pendegradasidinding sel patogen)

Suhu = 7 – 41 0C

Suhu optimum = 35 0C

pH = 3 – 7

pH optimum = 4

(Domsch et al. 1980; Kredics et al, 2003)

Phanerochaete Chrysosporium

16

Enzim = Laccase, LiP, MnP

(Bajpai, 1999)

ligninase, selulase,xilanase

(Highley dan Kirk 1979)

Suhu = 25°C - 50°C

Suhu optimal = 40 °C(Rayner dan Boddy 1988)

pH = 4-7,

Sifat = Aerob(Howard et al. 2003)

Aspergillus Niger

17

Enzim=Amilase, pektinase,amiloglukosidase, danselulase.

Suhu = 35-37 °C

Suhu minimum = 6-8 °C

Suhu maksimum = 45-47 °C

Sifat = Aerobik(Frazier dan Westhoff 1981)

pH = 2 – 5(Microbewiki, 2013)

Tricodherma Viride

18

Enzim= Enzim – enzim selulolitik(endoglukanas,eksoselobiohidrolase,dan b-glikosidase)

Suhu = 7 – 41 0C

Suhu optimum = 35 0C

pH = 3 – 7

pH optimum = 4(Domsch et al. 1980; Kredics et al,

2003)

Penelitian Terdahulu

19

No Peneliti Nama Jurnal, Tahun, Judul

Penelitian

Hasil

1. M. Inuwa

Ja’aru,

Obasola

Ezekiel

Fagade

Jurnal of Biological Science

Cellulase, 2007, “Production

and Enzymatic Hydrolysis of

Some Selected Local

Lignocellulosic Material by A

Strain of Aspergillus niger”

larutan NaOH

meningkatkan

kemampuan A.

niger untuk

memproduksi

selulase

Penelitian Terdahulu

14

No Peneliti Nama Jurnal, Tahun, Judul

Penelitian

Hasil

2. Johannes

Harinata

Yoshari,

Bagus

Okti

Ariyanto

Skripsi S1, 2010, “Pembuatan

Bioethanol dari Tandan Kosong

Kelapa Sawit Melalui Proses

Fungal Treatment oleh

Kombinasi Tricodherma

harzianum, Tricodherma viride,

Aspergillus niger Dilanjutkan

Proses Fermentasi oleh

Zymomonas mobilis”

Tricodherma

harzianum

mendegradasi

lignin sampai

82,54% (40oC dan

pH 5-6)

Penelitian Terdahulu

14

No Peneliti Nama Jurnal, Tahun, Judul

Penelitian

Hasil

3. M.

Rubeena,

Mannan

Neethu

Jurnal of Bioscience and

Biotechnology, 2013,

“Lignocellulolytic activities of a

novel strain of Trichoderma

harzianum”

Terdapat aktifitas

enzim Cellulose,

Xylanaase,

Lignocellulotyc

pada medium

agar dengan pH

optimum 4, hari

ke-4.

METODOLOGI PENELITIAN

Kondisi Operasi

15

• Massa TKKS : 30 gram• Ukuran TKKS : 20 mesh• Rasio TKKS : Air : 3:5 (w/w)• Lama Fungal Treatment 1 : 5 hari• Lama fungal treatment 2 : 4 hari• pH fungal treatment : 4-6• Suhu fungal treatment : 37 oC• Agitator : 50 rpm•Aspergilus niger : Tricodherma viride : 2:1

(20% vol bubur TKKS awal)

Kondisi Operasi

15

Tempat pelaksanaan penelitian

TKKS

Fungi

Variabel

16

Kondisi Log

FungiRun 1 Run 2 Run 3

Ratio (20% vol bubur TKKS awal)

Phanerochaete chrysosporium 1 2 1

Tricodherma harzianum 1 1 2

Besaran Yang Di Ukur

17

BESARAN YANG DIUKUR WAKTU PENGUKURAN

Kadar Lignin Awal, Hari ke-5, Hari ke-9

Kadar Selulosa Awal, Hari ke-5, Hari ke-9

Kadar Hemi Selulosa Awal, Hari ke-5, Hari ke-9

Kadar Glukosa Awal, Hari ke-5, Hari ke-9

Desain Alat Percobaan

18

Keterangan alat :1. Motor + Gear Box2. Water Bath3. Temperature Display4. Temperature Control5. Reaktor6. Agitator7. Penyangga Reaktor8. Heater

1

2

3

45

76

8

Desain Alat Percobaan

18

Keterangan alat :1. Temperature Control2. Heater3. Reaktor4. Agitator5. Motor + Gear Box6. Water Bath

PROSEDUR PENELITIAN

Prosedur Kerja

19

Pretreatment Tandan kosong kelapa sawit (TKKS)

Analisa selulosa, hemiselulosa, lignin

dan glukosa

Fungal Treatment I (Tricodherma harzianum dan

Phanerochaete chrysosporium)

Fungal Treatment II (Aspergilus niger danTricodherma viride)

Penyaringan

Prosedur Kerja

20

Pretreatment Tandan kosong kelapa sawit (TKKS)

Pembuatan bubur TKKS dengan mencampur TKKS dan

air dengan rasio berat 3:5

TKKS dicuci, dimasak, digilingkemudian disaring hingga

berukuran 20 mesh

Analisa

Fungal Treatment

Prosedur Kerja

21

Fungal Treatment I (Tricodherma harzianum dan

Phanerochaete chrysosporium)

Fungal Treatment II (Aspergilus niger danTricodherma viride)

Penambahan jamur dan dibiarkansampai hari ke-5 dengan pengadukan dan Aerasi pada Suhu 37 oC, pH 4-6

Analisa

Penambahan jamur pada hari ke-5 dan dibiarkan sampai hari ke-9

dengan pengadukan dan Aerasi pada Suhu 37 oC, pH 4-6

Analisa

Penyaringan

Prosedur Analisa

22

1. Metode Chesson

Analisa Lignin,Hemiselulosadan Selulosa

1. Dinitrosalicylic Acid (DNS)2. High Performance Liquid

Chromatography (HPLC)

Analisa Glukosa

HASIL PENELITIAN

KADAR TKKS AWAL

23

KomponenKomposisi

(%berat)

Lignin 23,51

Hemiselulosa 18,5

Selulosa 47,8

Air 4,8

Abu 5,39

TOTAL 100

KomponenPersentase

(bobot kering)

Lignin 23.15

Hemiselulosa 20.54

Selulosa 46.29

Air 7.93

Abu 2.09

Hasil Analisa Literatur

FUNGAL TREATMENT 1

Fungal Treatment 1 - KADAR LIGNIN

24

0

5

10

15

20

25

TKKS awal Run 1 Run 2 Run 3

23,51

16,39914,769

18,122

Kad

arlig

nin

(%)

TKKS awal

Run 1

Run 2

Run 3

Kadar lignin setelah proses fungal treatment 1

TKKS Awal

PC:TH = 1:1

PC:TH = 2:1

PC:TH = 1:2

Fungal Treatment 1 - KADAR SELULOSA

25

45,5

46

46,5

47

47,5

48

TKKS awal Run 1 Run 2 Run 3

47,8

47,308

46,390

47,650

Kad

ar S

elu

losa

(%

)

TKKS awal

Run 1

Run 2

Run 3

Kadar selulosa setelah proses fungal treatment 1

TKKS Awal

PC:TH = 1:1

PC:TH = 2:1

PC:TH = 1:2

Fungal Treatment 1 - KADAR HEMISELULOSA

26

15

16

17

18

19

TKKS awal

Run 1 Run 2 Run 3

18,5

17,432

16,654

17,782

Kad

ar H

em

ise

lulo

sa (

%)

TKKS awal

Run 1

Run 2

Run 3

TKKS Awal

PC:TH = 1:1

PC:TH = 2:1

PC:TH = 1:2

Kadar hemiselulosa setelah proses fungal treatment 1

Fungal Treatment 1 - KADAR GLUKOSA

27

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

Run 1 Run 2 Run 3

0,157 0,165

0,093

Kad

arG

luko

sa(m

g/m

l)

Run 1

Run 2

Run 3

Kadar Glukosa setelah proses fungal treatment 1

PC:TH = 1:1

PC:TH = 2:1

PC:TH = 1:2

FUNGAL TREATMENT 2

Fungal Treatment 2 - KADAR LIGNIN

28

0

5

10

15

20

25

TKKS awal

Run 1 Run 2 Run 3

23,51

11,191

3,592

12,716

Kad

arLi

gnin

(%) TKKS awal

Run 1

Run 2

Run 3

Kadar Lignin setelah proses fungal treatment 2

TKKS Awal

PC:TH = 1:1

PC:TH = 2:1

PC:TH = 1:2

Fungal Treatment 2 - KADAR SELULOSA

29

38

40

42

44

46

48

TKKS awal Run 1 Run 2 Run 3

47,8

42,45641,429

44,022

Kad

ar S

elu

losa

(%

)

TKKS awal

Run 1

Run 2

Run 3

TKKS Awal

PC:TH = 1:1

PC:TH = 2:1

PC:TH = 1:2

Kadar Selulosa setelah proses fungal treatment 2

Fungal Treatment 2 - KADAR HEMISELULOSA

30

14

16

18

20

TKKS awal Run 1 Run 2 Run 3

18,5

15,95215,501

16,913

Kad

ar H

em

ise

lulo

sa (

%)

TKKS awal

Run 1

Run 2

Run 3

TKKS Awal

PC:TH = 1:1

PC:TH = 2:1

PC:TH = 1:2

Kadar Hemiselulosa setelah proses fungal treatment 2

Fungal Treatment 2 - KADAR GLUKOSA

31

0,000

0,100

0,200

Run 1 Run 2 Run 3

0,1730,198

0,110

Kad

arG

luko

sa(m

g/m

l)

Run 1

Run 2

Run 3

PC:TH = 1:1

PC:TH = 2:1

PC:TH = 1:2

Kadar Glukosa setelah proses fungal treatment 2

FUNGAL TREATMENT 1 & 2

LIGNIN REMOVAL

32

0

50

100

FT 1 FT 2 FT 1 FT 2 FT 1 FT 2

Run 1 (1:1) Run 2 (2:1) Run 3 (1:2)

30,248

52,40037,179

84,720

22,916

45,911

%R

em

ova

l Lig

nin

(%

)

P.Chrysosporium : T.harzianum

%Removal Lignin proses Fungal treatment

SELULOSA REMOVAL

33

0

10

20

FT 1 FT 2 FT 1 FT 2 FT 1 FT 2

Run 1 (1:1) Run 2 (2:1) Run 3 (1:2)

1,030

11,180

2,950

13,328

0,313

7,905

%R

em

ova

l Se

lulo

sa (

%)

P.Chrysosporium : T.harzianum

%Removal Selulosa proses Fungal treatment

HEMISELULOSA REMOVAL

34

0

5

10

15

20

FT 1 FT 2 FT 1 FT 2 FT 1 FT 2

Run 1 (1:1) Run 2 (2:1) Run 3 (1:2)

5,771

13,774

9,980

16,209

3,881

8,581

%R

em

ova

l He

mis

elu

losa

(%

)

P.Chrysosporium : T.harzianum

%Removal Hemiselulosa proses Fungal treatment

%PEMBENTUKAN GLUKOSA

35

Kadar glukosa masing – masing variabel pada FT 1 dan FT 2

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

FT 1 FT 2 FT 1 FT 2 FT 1 FT 2

RUN 1 (1:1) RUN 2 (2:1) RUN 3 (1:2)

0,1570,173 0,165

0,198

0,0930,110

Kad

ar (

mg

/ml)

P.Chrysosporium : T.harzianum

%PEMBENTUKAN GLUKOSA

35

90,0095,00

100,00105,00110,00115,00120,00

FT 1 FT 2 FT 1 FT 2 FT 1 FT 2

Run 1 (1:1) Run 2 (2:1) Run 3 (1:2)

100,00

109,96

100,00

119,95

100,00

118,04

%K

en

aika

n G

luko

sa (

%)

P.Chrysosporium : T.harzianum

%Pembentukan glukosa FT 2 terhadap FT 1 setiap variabel

KESIMPULAN

KESIMPULAN

22

1. TKKS dapat digunakan sebagai bahan baku glukosa

2. Kondisi optimal degradasi lignin pada proses fungal treatmentterdapat pada Run 2 FT 2 sebesar 3,592%. Dengan kadar ligninremoval sebesar 84,72%

3. Kondisi optimal hidrolisa selulosa pada proses fungal treatmentterdapat pada Run 2 FT 2 sebesar 41,429%. Dengan kadar selulosaremoval sebesar 13,328%

4. Kadar dan yield glukosa terbaik terdapat pada fungal treatment 2Run 2 sebesar 0,198%. Dengan kenaikan pembentukan glukosasebesar 119,95%

PENURUNAN KADAR LIGNIN DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) DAN PEMECAHAN MATERIAL

SELULOSA UNTUK PEMBENTUKAN GLUKOSA DENGAN PROSES FUNGAL TREATMENT

Fanandy Kristianto / 2309 100 064Aldino Jalu Gumilang / 2309 100 087

Dosen Pembimbing :Dr. Ir. Sri Rachmania Juliastuti, M,Eng

PENURUNAN KADAR LIGNIN DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) DAN PEMECAHAN MATERIAL SELULOSA UNTUK

PEMBENTUKAN GLUKOSA DENGAN PROSES FUNGAL TREATMENT

REDUCING LIGNIN CONTENT AND CELLULOSE MATERIAL BREAKDOWN OF OIL PALM EMPTY FRUIT BUNCHES (TKKS) FOR GLUCOSE PRODUCTION BY FUNGAL TREATMENT PROCESS

Fanandy Kristianto / 2309 100 064Aldino Jalu Gumilang / 2309 100 087

Dosen Pembimbing :Dr. Ir. Sri Rachmania Juliastuti, M,Eng

Lignocellulose

9

Degradasi Lignin

12

LiP mengoksidasi unit non fenolik lignin melalui pelepasan satu lektrondan membentuk radikal kation yang kemudian terurai secara kimiawi.LiP dapat memutus ikatan Cα-Cβ molekul lignin dan mampu membukacincin lignin dan reaksi lain (Hatakka, 2001)

Degradasi Lignin

13

MnP mengoksidasi Mn2+ menjadi Mn3+. Sifat reaktif Mn3+ yangtinggi selanjutnya mengoksidasi cincin fenolik lignin menjadiradikal bebas tak stabil dan diikuti dengan dekomposisi ligninsecara spontan (Hatakka, 2001)

Degradasi Lignin

14

Laccase mengoksidasi cincin fenolik menjadi radikal fenoksil(Hatakka, 2001)

Cellulose

9

Hemicellulose

9

Variabel dibalik

9

Komp.TKKS Awal

(%)

Komposisi (%) Perbandingan PC : TH (2:1)BN Asli

FT 1 FT 2 FT 1 FT 2Lignin 23,51 21,608 19,211 14,769 3,592Hemi 18,5 9,540 3,898 16,654 15,501Selulosa 47,8 40,569 39,068 46,390 41,429Air 4,8 22,478 30,984 18,390 33,591Abu 5,39 5,804 6,772 3,779 5,865Glukosa 0 0,000 0,068 0,018 0,022TOTAL 100 100 100 100 100

KADAR GLUKOSA (HPLC)

35

Kadar glukosa dengan metode HPLC

0,0000,0200,0400,0600,0800,1000,1200,140

FT 1 FT 2 FT 1 FT 2

RUN 1 (1:1) RUN 2 (2:1)

0,0970,119 0,112

0,135

Kad

ar G

luko

sa (

mg

/ml)

P.Chrysosporium : T.harzianum

RUN 1 (1:1) FT 1

RUN 1 (1:1) FT 2

RUN 2 (2:1) FT 1

RUN 2 (2:1) FT 2

%PEMBENTUKAN GLUKOSA (HPLC)

35

%Pembentukan glukosa dengan metode HPLC

020406080

100120140

FT 1 FT 2 FT 1 FT 2

Run 1 (1:1) Run 2 (2:1)

96,884

118,793 112,055

134,826

%P

em

be

ntu

kan

Glu

kosa

(%

)

P.Chrysosporium : T.harzianum

Run 1 (1:1) FT 1

Run 1 (1:1) FT 2

Run 2 (2:1) FT 1

Run 2 (2:1) FT 2

Pretreatment Lignocellulose

Biodelignifikasi terjadi karena enzim-enzim ekstraseluler yangdiproduksi oleh mikroba perombak lignin pada kayu. Degradasi yangpaling efisien harus dapat membebaskan struktur kristal selulosadengan memperluas daerah amorf serta membebaskan dari lapisanlignin.

9

(Mosier et al. 2005)

Biological Pretreatment

9White Rot FungiBrown Rot Fungi

Lignocellulose

T = 27 – 40 0C dan pH = 2 – 7

Biological Pretreatment

9

Dampak perlakuan biodelignifikasi pada dinding sel denganmenggunakan Phanerochaete Chrysosporium

(Djumali,2009)

Tabel Solubilitas

1

Solubilitas oksigen (mg/L) dalam air ditunjukan dalam water – saturated air pada tekanan 760 mm Hg dalam satuan ppt (part per thousand)

Kurva Mikroba

1

Kurva pertumbuhan mikroba (Fardiaz. 1992)