Review Paper-Optimasi Xilosa Dari Tandan Kosong Kelapa Sawit

download Review Paper-Optimasi Xilosa Dari Tandan Kosong Kelapa Sawit

of 10

  • date post

    01-Jan-2016
  • Category

    Documents

  • view

    33
  • download

    1

Embed Size (px)

Transcript of Review Paper-Optimasi Xilosa Dari Tandan Kosong Kelapa Sawit

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 PertanianUniversitas 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.

PEMBAHASANProses 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 140160 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 8090% dapat diperoleh ketika hidrolisis TKKS dilakukan pada kondisi rasio cairan-padatan 1020 ml/g, suhu 140160 C, penggunaan H2SO4 0.250.5% (w/v) dan penggunaan H3PO4 0.10.2% (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 (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 50.312.76 (atau 91.2 % dari perolehan xilosa dalam larutan) dan 13.262.74 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. Produ