PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA

PEMANFAATAN HEMISELULOSA PADA LIMBAH TANDAN KOSONG

KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN BAKU GULA XILITOL

MENGGUNAKAN KHAMIR CANDIDA TROPICALIS

Bidang Kegiatan :

PKM Gagasan Tertulis

Diusulkan Oleh :

Ketua Kelompok : Affan Iqbal

( G84080022/2010)

Anggota kelompok : 1. Taufik Rais

( F24080055/2010)

2. Ayu Fitriana

( H44080050/2010)

i

INSTITUT PERTANIAN BOGORBOGOR2010

Ringkasan

Limbah tandan kosong kelapa sawit (TKKS) di Indonesia yangjumlahnya sangat banyak, menyimpan potensi untuk dimanfaatkanmenjadi produk gula yang bernilai tinggi yaitu xilitol. Kandunganhemiselulosa pada limbah ini mencapai 28% berat kering. Hemiselulosatersebut menghasilkan (±) 33% xilosa sehingga sangat potensial jikadiproses menjadi gula xilitol.

Proses produksi xilitol pada awalnya menggunakan teknikhidrogenasi xilosa murni yang mahal dan sulit. Tapi denganditemukannya proses bioteknologi fermentasi yang memanfaatkanmetabolisme khamir. Proses konversi menjadi lebih murah dan efesien.

Abstract

Waste of Oil palm empty-fruit-bunch (TKKS) in Indonesia is in greatnumber, it has potential to be used to produce high-value sugar , xilitol.Hemicellulose content of the waste reached 28% dry weight. Hemicelluloseyield (±)33% xilosa so nothing to lose if xilitol processed into sugar.

Ordinarily , xilitol production using hydrogenation techniques purexilosa is expensive and difficult. But with fermentation biotechnologyprocesses that use yeast metabolism. production processes becomescheaper and more efficient.

ii

Lembar Pengesahan

1. Judul Kegiatan :Pemanfaatan Hemiselulosa pada

Tandan Kosong Kelapa Sawit

sebagai Bahan Baku Gula

Xilitol Menggunakan Khamir

Candida tropicalis

2. Bidang Kegiatan :( ) PKM-AI ( √ )

PKM-GT

3. Ketua Pelaksana Kegiatan

a. Nama Lengkap :Affan Iqbal

b. NRP :G84080022

c. Departemen :Biokimia

d. Perguruan Tinggi:Institut Pertanian Bogor

iii

e. Alamat Rumah dan HP : Desa Megale,

Kedungadem, Bojonegoro

085641409380

f. Alamat email : van.iqbal@gmail.com

4. Anggota Pelaksana Kegiatan : 2 orang

5. Dosen Pembimbing

a. Nama Lengkap : Dr. Laksmi Ambarsari

b. Alamat Rumah dan HP : Kampus IPB Gunung

Gede,

Jl Pajajaran Bogor

08156036490

Bogor, 24 Maret 2010

Menyetujui,

Ketua Departemen,

Dr. Ir. I Made Artika,M.App.ScNIP. 19630117 198903 1 000

Ketua Pelaksana Kegiatan,

Affan IqbalNRP. G84080022

Wakil Rektor Bidang Akademik dan Kemahasiswaan,

Prof. Dr. Yonny Koesmaryono,MSNIP. 19581228 198503 1 003

Dosen Pembimbing,

Dr. Laksmi AmbarsariNIP. 19601118 199403 2001

Kata Pengantar

iv

Segala puji dan syukur kami haturkan kehadirat

Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala limpahan rahmat dan

hidayah-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan karya

tulis yang berjudul Pemanfaatan Hemiselulosa pada

Tandan Kosong Kelapa Sawit sebagai Bahan Baku Xilitol

Menggunakan Khamir Candida tropicalis.

Karya tulis ini ditujukan untuk mengikuti Program

Kreativitas Mahasiswa Gagasan Tertulis (PKM-GT) 2010

yang diadakan oleh DIKTI. Melalui karya tulis ini,

penulis ingin memberikan solusi terhadap permasalahan

dari limbah Tandan Kosong Sawit yang melimpah dan belum

termanfaatkan secara optimal.

Ucapan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-

tingginya kami sampaikan kepada Dr. Laksmi Ambarsari

selaku dosen pendamping yang telah memberikan banyak

bimbingan dan arahan kepada kami dalam penyusunan

proposal gagasan tertulis ini. Tidak lupa penulis juga

mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah

membantu dan memberikan dukungan pada kami.

Kami menyadari terdapat banyak kekurangan baik

dari segi materi, ilustrasi, contoh, dan sistematika

penulisan dalam pembuatan proposal ini. Oleh karena

itu, saran dan kritik dari para pembaca yang bersifat

membangun sangat kami harapkan. Besar harapan kami

proposal ini dapat diapresiasi sehingga dapat

bermanfaat baik bagi kami sebagai penulis dan bagi

v

pembaca pada umumnya terutama bagi dunia industri gula

Indonesia.

Bogor, 23 Maret2010

Penulis

Affan Iqbal Ayu FitrianaTaufik Rais

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL …………………………………………… i

LEMBAR PENGESAHAN …………………………………… ii

RINGKASAN..............................................

................................... iii

KATA PENGANTAR …………………………………………. vi

DAFTAR ISI …………………………………………………... v

PENDAHULUAN ……………………………………………. 1

Latar belakang

.......................................................

.................. 1

Rumusan Masalah…………………………………………….... 2

Tujuan ………………………………………………………... 2

Manfaat ………………………………………………………. 2

vi

TINJAUAN PUSTAKA

Tandan Kosong Kelapa

Sawit..................................................

.... 3

Xilitol ............................................

...............................................

3

Candida

tropicalis.............................................

............................ 4

Produksi Xilitol oleh

Khamir.................................................

....... 4

GAGASAN …………………………………………………….. 5

SIMPULAN DAN SARAN .…………………………................

7

DAFTAR PUSTAKA

………………….......................................

8

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

PENULIS......................................

9

DAFTAR RIWAYAT HIDUP DOSEN PEMBIMBING...............

10

DAFTAR TABEL

vii

Tabel 1. Produksi sawit

dunia..................................................

......... 2

Tabel 2. Komposisi kimia dari

TKKS...............................................

3

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Produksi xilitol secara

bioteknologi .............................. 6

Gambar 2,3,4 contoh aplikasi

xilitol................................................

7

viii

1

PENDAHULUANLatar Belakang

Indonesia adalah negara penghasil sawit terbesar

dunia, dengan produksi minyak sawit puluhan juta ton

tiap tahunnya , bahkan mencapai 19,2 juta ton pada

tahun 2008. Tentu pada pengolahannya tidak hanya minyak

sawit yang dihasilkan, produk samping berupa limbah

dihasilkan dalam jumlah puluhan juta ton. Bagian

terbanyak dari limbah adalah tandan kosong kelapa sawit

(TKKS) yang saat ini menumpuk hingga 20 juta ton.

Jumlah yang sangat banyak dan dapat menimbulkan

masalah lingkungan. Jumlah tersebut akan terus

bertambah bila belum ada usaha untuk memanfaatkannya

secara optimal. Dari penelitian yang dilakukan oleh

Kwei_Nam-Law diketahui bahwa dalam TKKS mengandung

Hemiselulosa sebanyak 28 persen. Dari 28 persen

tersebut mengandung xilosa sebanyak 33 persen. Dari

data tersebut dapat disimpulkan bahwa limbah TKKS

memilki potensi yang besar jika dimanfaatkan untuk

industri gula Xilitol. Potensi ini ditunjang dengan

fakta bahwa xilitol memiliki manfaat di berbagai bidang

industri seperti makanan dan obat-obatan dan sudah

dipakai secara luas di hampir seluruh negara di dunia,

seperti Eropa, Amerika, serta Asia, sehingga xilitol

mempunyai peluang besar untuk komoditi ekspor yang

unggul. Produksi Xilitol dari hemiselulosa melalui cara

2

konvensional memang memerlukan biaya yang cukup tinggi

karena selain diperlukan energi yang tinggi juga bahan

baku utamanya adalah xilosa murni, serta xilitol yang

dihasilkan pun masih memerlukan proses pemurnian untuk

memenuhi standar pada industri obat dan makanan yang

menyebabkan meningkatnya biaya produksi . Maka

diperlukan proses bioteknologi dengan memanfaatkan

mikroorganisme untuk mengganti proses produksi kimia

yang diharapkan lebih ekonomis. Dari hasil penelitian

Tom Granstorm (2002) bahwa mikroorganisme terbaik untuk

memproduksi Xilitol adalah khamir Candida tropicalis.

Rumusan Masalah

Potensi limbah tandan kosong sawit belum

dimanfaatkan secara optimal. Dengan diketahuinya

kandungan hemiselulosa yang tinggi pada limbah TKKS,

limbah ini dapat dimanfaatkan untuk memproduksi gula

Xilitol dalam skala industri.

Tujuan Penulisan

Penulis mempunyai tujuan untuk memaksimal potensi

limbah TKKS dengan memanfaatkannya sebagai bahan

alternatif untuk produksi gula Xilitol dalam skala

industri.

3

Manfaat Penulisan

Dari gagasan ini diharapkan pemerintah dapat

mengetahui potensi dari limbah TKKS untuk bahan baku

industri xilitol yang memiliki peluang besar sebagai

komoditi ekspor yang unggul.

Tabel 1. industri kelapa sawit dunia

TINJAUAN PUSTAKA

Tandan Kosong Sawit

Tabel. Chemical Constituents in OPEFB

Constituent % of dryOPEFB

ReferenceKhoo & Lee

1991Law &

Jiang 2001

4

Extractives 3.7 ± 0.3 0.9 2.8acid-insoluble lignin 18.8 ± 0.3 17.2 17.6ash-free acid-insoluble lignin 17.8 ± 0.2 - -Ash 1.3 ± 0.2 0.7 3.8hot-water soluble 7.5 ± 0.8 2.8 9.31% NAOH soluble 14.5 ± 2.7 17.2 29.9Holocellulose 82.4 ± 1.4 70.0 86.3Cellulose 62.9 ± 2.0 42.7 -

Hemicellulose 28.032.5 (Leh,

2002) -Arabinose 2.5 ± 1.1 - -Xylose 33.1 ± 2.6 - -Mannose 1.3 ± 0.01 - -Galactose 1.0 ± 0.0 - -Glucose 66.4 ± 3.7 - -

Pada tabel diatas dijabarkan mengenai komposisipenyusun kimia TKKS, kandungan hemiselulosanya sebesar28 persen, dan dari 28 persen tersebut mengandung (+-)33.1 persen.

Xilitol

Xilitol adalah salah satu satu gula pemanis

termahal dan memiliki banyak manfaat dibidang kesehatan

yang telah diakui oleh pasar dunia. Gula ini cocok

untuk penderita diabetes (Makinen, 2000) karena gula

ini memiliki tingkat kemanisan yang setara dengan gula

sukrosa namun nilai kalorinya (40%) lebih rendah.

Xilitol adalah gula berkarbon lima yang tidak dapat

difermentasi oleh bakteri S.mutans penyebab kerusakan

gigi, sehingga bersifat nonkariogenik yang aman untuk

kesehatan gigi. (Uhari et al.1996) Sifat fisik dari

5

xilitol adalah stabil pada suhu tinggi hingga 180 °C

sehingga tidak mudah mengalami karamelisasi, stabil

secara kimia karena tidak mengalami reaksi mailard atau

browning., stabil pada pH tinggi maupun rendah dan

mudah larut dalam air. Untuk pengembangan produk

pangan, sifat-sifat tesebut sangat cocok. Aplikasi

xilitol pada produk pangan antara lain pada permen

karet. Di negara Jepang, Xilitol termasuk salah satu

dari 12 komponen bahan makanan yang dapat memberikan

efek menyehatkan tubuh atau lebih dikenal dengan

istilah makanan fungsional. Dari sifat xilitol yang

rendah kalori, non kariogenik, dan insulin-independent

(dapat dimetabolisme tubuh tanpa melibatkan insulin),

xilitol dapat diaplikasikan pada bidang farmasi yaitu

pada produk-produk kesehatan gigi dan produk yang ideal

bagi penderita diabetes biasa maupun diabetes insulin-

dependent. (Emodi 1978; Tochampa et al.2005)..

Candida tropicalis

Produksi xilitol dengan memanfaatkan mikroorgasime

berupa khamir memiliki kelebihan dari segi ekonomi

daripada produksi dengan cara konvensional yaitu secara

kimia yang membutuhkan biaya yang mahal. Menurut hasil

penelitian Tom Granstorm (2002) mikroorganisme terbaik

untuk memproduksi Xilitol adalah khamir Candida tropicalis.

Penyebaran khamir Candida tropicalis sangat mrlimpah di

alam, tapi umumnya Candida diisolasi dari tanah, air

6

laut, produk fermentasi, dan hewan berdarah dingin.

Taksonami dari khamir ini adalah Kingdom: Fungi,

Filum:Deuteromycotina ,Famili: Tarulopsidaceae, Genus:

Candida, Spesies: Candida tropicalis.

Produksi Xilitol oleh Khamir

Xilitol diproduksi dengan memanfaatkan metabolisme

khamir yaitu dengan mengonversi xilosa menjadi D-

xilulosa melalui reaksi oksidoreduktif yang terdiri

dari dua rangkaian reaksi. Xilosa adalah gula pentosa

utama yang terdapat pada lignoselulosa. Candida tropicalis

menggunakan D- xilosa melalui dua reaksi oksidoreduktif

enzimatik dengan xylose reduktase (XR) dan xylitol

dehydrogenase (XDH). Xilosa reduktase (XR) mengkatalis

reduksi D- xilosa menjadi xilitol, dan XDH mengkatalis

oksidasi xilitol menjadi D-xilulosa. D- xilulosa diubah

menjadi D- xilulosa 5- fosfat oleh enzim xilulosa

kinas, dan kemudian masuk dalam siklus heksosa

monofosfat. Jadi xilitol merupakan bahan prekursor pada

system metabolisme Candida tropicalis .xilitol diperoleh

maksimal saat fase eksponensial atau fase log. Produsi

xilitol ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu pH,

temperature, konsentrasi substrat dan ko-substrat, dan

aerasi.(Yulianto 2006). Hasil optimum xilitol diperoleh

saat temperature pada kisaran 28-30°C (parajo et al.

1998). Candida tropicalis menghasilkan 84,5 g/L xilitol

dari 150 g/L xilosa(Yahashi et al. 1996). Menurut hasil

7

penelitian Puspa Julistia Puspita ( mahasiswa Biokimia

IPB 2009) kondisi optimum untuk produksi xilitol dengan

Candida tropicalis adalah waktu optimum inkubasi 48 jam,

konsentrasi optimum xilosa sebesar 70 g/L dengan hasil

produksi xilitol 14.08 g/L.

GAGASAN

Gagasan penulisan ini didasarkan pada kondisi saat

ini bahwa di Indonesia terdapat limbah produksi

perkebunan yang jumlahnya luar biasa banyak yaitu

tandan kosong kelapa sawit (limbah dari pengolahan

sawit) yang memiliki potensi untuk diproses menjadi

produk gula xilitol. Hal tersebut dikorelasikan dengan

produksi gula nasional yang mengalami defisit dan

potensi xilitol sebagai komoditi ekspor. Peluang ini

juga ditunjang dengan ditemukannya proses produksi

xilitol yang lebih murah dari pada proses hidrogenasi

xilosa murni(konvensional) yang mahal, yaitu dengan

memanfaatkan metabolisme khamir Candida tropicalis pada

substrat xilosa. Xilosa didapat dari hidrolisis

menggunakan asam pada hemiselulosa yang diambil dari

limbah TKKS. Metode yang digunakan untuk produksi

xilitol ini adalah dengan menggunakan xilosa sebagai

substrat fermentasi yang dinkubasi selama 48 jam. Untuk

jelasnya dapat dilihat gambar diagram ini.

8

Gambar 1. Produksi xilitol dengan bioteknologi

Produksi xilitol dengan bahan baku limbah tandan kosong

kelapa sawit (TKKS) terlihat sangat berpotensi jika

dilihat dari analisa perhitungan komposisi pada tiap

tahap produksinya, yaitu:

- perkebunan Indonesia tiap tahun menghasilkan rata-

rata 20 ton tandan buah segar (TBS) per Ha

9

- luas area perkebunan sawit indonesia adalah 7.9

juta Ha, jadi produksi TBS tiap tahun adalah 7.9

juta x 20 ton = 158 juta ton

- pada produksi minyak sawit,tiap TBS menghasilkan

TKKS sebanyak 22%, jadi jumlah TKKS tiap tahun 158

juta ton x 22/100 = 34,76 juta ton

- ekstraksi TKKS menghasilkan 28% hemiselulosa, maka

jumlah hemiselulosa adalah 34.76 juta ton x

28/100= 9.732.800 ton

- hemiselulosa diekstraksi menghasilkan xilan yang

bila dihidrolisis dengan asam menghasilkan (±) 33%

xilosa, jumlah xilosa adalah 9.732.800 ton x

33/100 = 3.211.824 ton

- xilosa kemudian dijadikan substrat fermentasi

khamir Candida tropicalis dengan konsentrasi 70 g /L

dihasilkan 14.08 g/L xilitol atau sebanyak 20%

dari xilosa. Maka jumlah xilitol adalah 3.211.824

ton x 20/100 = 624.364,8 ton tiap tahunnya.

Jumlah 624.364,8 ton sangat banyak bila dibandingkan

dengan Cina sebagai produsen xilitol terbesar dunia

yang tiap tahunnya hanya menghasilkan 10.000-13.000 ton

xilitol. Beberapa aplikasi produk dari xilitol

Gambar 2,3,4. Aplikasi produk gula xilitol

10

SIMPULAN DAN SARAN

Besarnya jumlah limbah biomassa tandan kosong

kelapa sawit saat ini belum dimanfaatkan secara

optimal. Kandungan senyawa hemiselulosa yang tinggi

memunculkan potensi pemanfaatannya sebagai bahan baku

gula xilitol yang bernilai tinggi dan beragam

manfaatnya. Dari analisis perkiraan kapasitas produksi

gula xilitol yang didasarkan pada ketersediaan TKKS per

tahun dan proses produksinya. Indonesia mampu menjadi

negara pengekspor xilitol terbesar Dunia.

Gagasan pemanfaatan limbah TKKS di Indonesia

sebagai bahan baku gula xilitol belum ada, sehingga

sangat baik jika pihak-pihak dibidang industri minyak

11

kelapa sawit dan industri gula memanfaatkan potensinya

sebagai komoditas ekspor yang bernilai tinggi

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2010. Harga TBS petani tertekan. Kompas Cetak.[ terhubung berkala].

http://cetak.kompas.com/read/xml/2010/03/22/03331938/harga.tbs.petani tertekan. [23 maret 2010].

Granstrom T. 2002.Biotechnological production ofxylitol with Candida yeast, Phd thesis, HelsinkiUniversity of Technology, Findland.

Law et al. 2007. Oil palm empty-fruit-bunch.BioResource 2(3). 351-362

Puspita, PJ. 2009. Optimasi Konsentrasi Xilosa danGlukosa Untuk Produksi Xilitol oleh Candida tropicalis.[ penelitian ].Bogor:Fakultas Matematika dan IlmuPengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor; 2009.

Rao RS et al. 2006. Xylitol production from corn .fiber and sugarcane bagasse hydrolysates by Candida tropicalis. Bioresource Technology. 97:1974 - 1978

Reza. 2008. Sawit Unggul Mampu Hasilkan 35 Ton TBS.[terhubung berkala].

http://perkebunan.kaltimprov.go.id/content.php?kebun=berita&code=2&vi ew=99 [23 maret 2010].

12

Richana, Nur et al. Isolasi Identifikasi BakteriPenghasil Xilanase serta Karakterisasi Enzimnya.Jurnal AgroBiogen 4(1):24-34

Sampaio FC et al. 2003. Screening of filamentous fungifor production of xylitol from D- xylose. BrazillianJournal of Microbiology. 34:325-328

Uhari M, Kontiokori T, Koskela M, Niemela M. 1996. Xylitol chewing gum in prevention of acute otitis media: double blind randomized trial. BrMed J 313: 1180-1184.

Wiknkelhausen E, Pittman P, Kuzmanova S, Jeffries TW.1996. Xylitol formation by Candida boidini in oxygenlimited chemostat culture.Biotechnology Letters. 7 : 753-758

Yahashi Y et al. 1996. Production of xylitol fromD-xylose by Candida tropicalis the effect of D-glucosefeeding. Journal of Fermentation and Bioengineering 81: 148-152

Yulianto WA, KR Kuswanto, Tranggono, Retno I. 2006.Kinetika fermentasi pada produksi xilitol denganpenambahan arabinosa dan glukosa sebagai ko- substratoleh Candida shehatae WAY 08. Jurnal Teknologi dan Industri

Pangan, Vol.16 No.3.

DAFTAR RIWAYAT HIDUP PENULIS

Ketua pelaksana

Nama Lengkap : Affan Iqbal

NRP : G84080022

Tempat, tanggal lahir : Bojonegoro, 13

November 1989

13

Departemen/Fakultas : Biokimia / Fakultas

Matematika dan IPA

Universitas : Institut Pertanian Bogor

Alamat : Desa Megale, Kedungadem,

Bojonegoro

Telepon : 085641409380

Anggota

1. Nama Lengkap : Taufik Rais

NRP : F24080055

Tempat, tanggal lahir : Semarang, 16 juli 1990

Departemen/Fakultas : Teknologi Pangan /

Fakultas Teknologi Pertanian

Universitas : Institut Pertanian Bogor

Alamat : Semarang

Telepon : 085641102239

2. Nama Lengkap : Ayu Fitriana

NRP : H44080050

Tempat, tanggal lahir : Bojonegoro, 4 Maret

1990

Departemen/Fakultas : Ekonomi Sumberdaya dan

Lingkungan /

Fakultas Ekonomi dan

manajemen

Universitas : Institut Pertanian Bogor

14

Alamat : Jl. Kapten Ramli 107

Bojonegoro

Telepon : 085645549882

DAFTAR RIWAYAT HIDUP DOSEN PEMBIMBING

Nama Lengkap : Dr. Laksmi Ambarsari

NIP : 19601118 199403 2 001

Tempat, Tanggal Lahir : Bandung, 18 November 1960

Agama : Islam

Alamat Surat : Kampus IPB Gunung Gede, Jl Pajajaran Bogor

Telepon/Fax: 0251-323166/0251-323166E-mail : ami_icha@yahoo.comTelepon/Hp : 08156036490

Bidang Minat : Bio Molekul

Jabatan : Fungsional Lektor III c

Departemen Biokimia IPB

Riwayat Pendidikan :

Pendidikan S3 Departemen KimiaBidang studi Biokimia/Rekayasa ProteinInstitut Teknologi Bandung, 2006

Pendidikan S2 Departemen Kimia, Bidang studi Biokimia/EnzimologiInstitut Teknologi Bandung,1992

Pendidikan S1 Departemen Kimia

15

Institut TeknologiBandung,1987

Penelitian :

1. Isolasi, produksi, dan karakterisasi enzim glukosa isomerase (1989 – 1991)

2. Amobilisasi dan pemurnian enzim glukosa isomerase (1991 – 1992)

3. Sintesis dan isolasi produk-produk reaksi Maillard sebagai inhibitor pertumbuhan mikroba (1993 – 1994)

4. Optimasi Downstream proses dan karakterisasi enzim dekstranase (1994)

5. Perbaikan strain mikroba secara DNA rekombinan untuk optimasi produksi L-lisin dan L-metionin (1995)

6. Pembuatan produksi reaksi Maillard sebagai zat anti bakteri yang murah untuk menghambat kerusakan tebu pada pasca panen (1996)

7. Mutasi pada gen yang mengkode DNA polymerase (2000)