Review Paper-Optimasi Xilosa Dari Tandan Kosong Kelapa Sawit

15
REVIEW PAPER OPTIMASI HIDROLISIS XILOSA DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT Tugas Mata Kuliah Teknologi Pemisahan dan Pemurnian di-review Oleh: Teuku Miftah Ibrahim 13/354202/PTP/1306 Program Studi Teknologi Hasil Perkebunan Fakultas Teknologi Pertanian

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

Page 1: 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 Pertanian

Universitas Gajah Mada2013

Page 2: Review Paper-Optimasi Xilosa Dari Tandan Kosong Kelapa Sawit

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.

Page 3: Review Paper-Optimasi Xilosa Dari Tandan Kosong Kelapa Sawit

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.

PEMBAHASAN

Proses 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).

Page 4: Review Paper-Optimasi Xilosa Dari Tandan Kosong Kelapa Sawit

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.

Page 5: Review Paper-Optimasi Xilosa Dari Tandan Kosong Kelapa Sawit

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.

Page 6: Review Paper-Optimasi Xilosa Dari Tandan Kosong Kelapa Sawit

Hidrolisis TKKS awalnya dilakukan pada kondisi suhu 140–160 ◦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 80–90% dapat diperoleh ketika hidrolisis TKKS dilakukan pada

kondisi rasio cairan-padatan 10–20 ml/g, suhu 140–160 ◦C, penggunaan H2SO4 0.25–

0.5% (w/v) dan penggunaan H3PO4 0.1–0.2% (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 (<2 mm) akan

menurunkan hasil xilosa. Hasil maksimal 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, yang mana hasil ini selaras dengan prediksi model dan

Page 7: Review Paper-Optimasi Xilosa Dari Tandan Kosong Kelapa Sawit

sebanding dengan hasil maksimal xilosa yang di laporkan sebesar 80–90% pada

konsentrasi asam tertinggi (>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%.

Page 8: Review Paper-Optimasi Xilosa Dari Tandan Kosong Kelapa Sawit

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 %

Page 9: Review Paper-Optimasi Xilosa Dari Tandan Kosong Kelapa Sawit

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 50.31±2.76 (atau 91.2

% dari perolehan xilosa dalam larutan) dan 13.26±2.74 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.

Page 10: Review Paper-Optimasi Xilosa Dari Tandan Kosong Kelapa Sawit

DAFTAR PUSTAKA

Darliah, Y. 2008. Produksi Xilosa dari Tongkol Jagung (Zea Mays L.) dengan Hidrolisis Asam Klorida. Fakultas Teknologi Pertanian-Institut Pertanian Bogor.

Naibaho, P. 1996. Teknologi Pengolahan Kelapa Sawit. Pusat Penelitian Kelapa Sawit, Medan.

Rahman, S.H.A., J.P. Choudhury, A.L. Ahmad, & A.H. Kamaruddin. 2007. Optimization Studies on Acid Hydrolysis of Oil Palm Empty Fruit Bunch Fiber for Production of Xylose. Bioresource Technology 98 (2007) 554–559.

Tan, H.T., G. A. Dykes, T. Y. Wu, & L. F. Siow. 2013. Enhanced Xylose Recovery from Oil Palm Empty Fruit Bunch by Efficient Acid Hydrolysis. Appl Biochem Biotechnol (2013) 170:1602–1613.

Zhang, D., Y. L. Ong, Z. Li, & J. C. Wu. 2012. Optimization of Dilute Acid-Catalyzed Hydrolysis of Oil Palm Empty Fruit Bunch for High Yield

Production of Xylose. Chemical Engineering Journal 181– 182 (2012) 636– 642.