Upload
dinhtuong
View
237
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
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
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).
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
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.
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)
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 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
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 - 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 - 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
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
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
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)
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)