Bab III Peralatan dan Metoda

Bab III
Peralatan dan Metoda
III.1 Metodologi
Seperti yang telah diuraikan diatas bahwa tujuan utama penelitian ini adalah
mempersiapkan selulosa dari biomassa (tanaman lignoselulosa) agar dapat lebih
mudah dihidrolisis oleh enzim melalui suatu pengolahan awal (pretreatment)
terhadap bahan lignoselulosa tersebut. Pretreatment ini dimaksudkan untuk
memisahkan lignin dan hemisesulosa dari lignoselulosa, dengan memperhatikan
sifat-sifat kelarutan masing-masing bahan. Pemisahan ini diharapkan
dapat
dilakukan pada kondisi yang tidak berbahaya, maksudnya pada tekanan dan
temperatur lingkungan. Hal ini juga dimaksudkan untuk menghemat pemakaian
energi.
Ada dua tahapan yang akan dilakukan pada penelitian ini :
1. Tahap pertama, penyeleksian senyawa amoniak dan amin pada proses
pemisahan lignin (delignifikasi) dengan menggunakan sumber lignoselulosa
yang berbeda dari penelitian Cao sebelumnya tetapi tetap memakai jenis asam
yang sama, yaitu asam klorida encer. Tahap ini dikerjakan dalam tiga langkah,
yaitu :
a. Langkah pertama adalah dengan menggulang kembali penelitian Cao
(1996) sampai diperoleh hasil seperti yang dilaporkan oleh Cao.
b. Langkah kedua adalah mengganti sumber lignoselulosa dari langkah
pertama diatas, dari tongkol jagung menjadi tandan kosong sawit (tks).
c. Langkah ketiga adalah mengganti pelarut amoniak dengan pelarut dari
senyawa amina dengan bahan lignoselulosa yang digunakan pada langkah
kedua.
2. Tahapan kedua adalah melakukan beberapa variasi perlakuan (variabel
percobaan) yang dapat mengoptimalkan proses pemisahan tersebut dengan
menggunakan tandan kosong sawit sebagai bahan lignoselulosa.
20
Prosedur pelaksanaan percobaan yang dilakukan mengikuti prosedur yang telah
dilakukan oleh Cao dkk (1996), seperti yang ditunjukkan oleh Gambar III.1.
Pertama, bahan lignoselulosa dilarutkan dalam pelarut amoniak atau senyawa
amina selama 24 jam. Kemudian dilakukan penyaringan untuk memisahkan
larutan tersebut dari padatannya. Amoniak dipisahkan dari lignin dengan cara
evaporasi pada kondisi vakum. Untuk menghilangkan sisa-sisa kandungan
amoniak pada padatan biomassa, maka dilakukan pencucian dan pengeringan
dengan menggunakan oven.
Biomassa yang telah kehilangan lignin (holoselulosa) kemudian diekstraksi
dengan menggunakan asam encer (HCl). Hal ini bertujuan untuk menghilangkan
atau memisahkan kandungan hemiselulosa bahan. Hemiselulosa akan terlarut
dalam asam (hidrolisat hemiselulosa), sehingga padatan yang tertinggal hanya
mengandung selulosa saja. Hidrolisat hemiselulosa yang telah dipisahkan dari
padatan kemudian dinetralkan dengan menggunakan NaOH yang dilanjutkan
dengan pemisahan garam yang terbentuk dengan menggunakan resin penukar
anion. Selulosa yang tertinggal sebagai padatan dicuci untuk menghilangkan sisasisa asamnya, dan bahan siap untuk disakarifikasi oleh enzim untuk menghasilkan
glukosa.
Sebelum bahan siap untuk diproses, terlebih dahulu dilakukan pencucian dengan
menggunakan air untuk menghilangkan debu yang melekat pada bahan. Terutama
tandan kosong sawit, dimana debu melekat diantara serat-seratnya, sehingga harus
dibersihkan karena akan mempengaruhi proses nantinya. Prosedur percobaan
selengkapnya ditampilkan pada Lampiran A.
21
Bahan lignoselulosa
Air demineralisasi
Pencucian
Pengeringan
Pelarut
Sisa pelarut
HCl 0,3 M
Enzim, buffer
Abu, zat warna
Air
Delignifikasi
Penyaringan
Pelarut, lignin
Pengeringan
Evaporasi
Hidrolisis asam
Pelarut
Lignin
Penyaringan
HCl, hemiselulosa
Pengeringan
HCl sisa
Hidrolisis enzimatik
Analisa glukosa
Gambar III.1 Diagram Prosedur kerja
22
III.2 Variabel Percobaan
Seperti yang telah diuraikan diatas ada beberapa variasi perlakuan yang akan
dilakukan, yaitu:
a. jenis pelarut
b. konsentrasi pelarut
c. temperatur perendaman
Tabel III.1 Variabel Percobaan
No. Tempuhan
Variabel Percobaan
Jenis Pelarut :
- Amoniak
- Dietilamina
- Isopropilamina
Konsentrasi Pelarut :
- Amoniak
- Dietilamina
- Isopropilamina
Temperatur perendaman
- Amoniak
- Dietilamina
- Isopropilamina
1
2
III.3 Bahan dan Peralatan
III.3.1 Bahan
Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
a. Tongkol jagung
Berasal dari daerah Cicalengka, Kabupaten Bandung, Jawa Barat. Digunakan
sebagai bahan baku penghasil selulosa.
b. Tandan kosong sawit (TKS)
Berasal dari daerah Serang, Banten. TKS merupakan bahan baku utama dalam
penelitian ini.
c. NH4OH 21%
Digunakan sebagai salah satu pelarut pada proses delignifikasi. Untuk
selanjutnya larutan ini diencerkan sesuai dengan konsentrasi yang diinginkan.
23
d. Dietilamina
Dietilamina juga merupakan salah satu pelarut pada proses delignifikasi.
Diperoleh dalam kemurnian 99%, dan diencerkan sesuai dengan konsentrasi
yang diinginkan.
e. Isopropilamina
Isopropilamina juga merupakan salah satu pelarut pada proses delignifikasi.
Diperoleh dalam kemurnian 99% dengan merk dagang Merck, dan diencerkan
sesuai dengan konsentrasi yang diinginkan.
f. Asam Klorida (HCl)
HCl digunakan pada proses hidrolisis asam terhadap bahan untuk memisahkan
komponen hemiselulosanya. Pada penelitian ini digunakan HCl dengan
konsentrasi 0,3 M, yang diperoleh dari pengenceran larutan HCl pekat (37%).
g. Enzim Cellulase
Enzim selulase diperoleh dari PT. Kristalindo Biolab, Surabaya. Dengan merk
dagang MP Bio yang berasal dari Perancis. Sebelum digunakan terlebih
dahulu dilakukan pengujian terhadap aktifitas enzim dengan menggunakan
prosedur LAP-006 dari National Renewable Energy Laboratory (NREL)
(Adney and Baker, 1996). Pengujian aktifitas tersebut memperoleh hasil
bahwa aktifitas enzim selulase yang akan digunakan pada penelitian ini adalah
0,396 FPU/ml pada temperatur 50oC dan pH 4,8 (kondisi yang digunakan
pada proses enzimatik).
h. Air (H2O)
Air yang digunakan adalah air demineralisasi, untuk pengenceran larutan dan
pencucian bahan.
i. Kertas saring Whitman No. 1
Digunakan pada uji aktifitas enzim dan hidrolisis enzimatik.
j. Reagen Shaffer-Somogyi
Digunakan untuk menentukan kadar glukosa yang dihasilkan dari proses
hidrolisis enzimatik. Prosedur dan bahan-bahan yang digunakan dijelaskan
dalam Lampiran B.
24
k. Buffer Sitrat
Digunakan untuk mempertahankan pH pada proses hidrolisa enzimatik.
Terdiri atas campuran 0,1
M asam sitrat dan 0,1 M Na-sitrat, yang
dicampurkan dengan komposisi tertentu untuk pH 4,8.
III.3.2 Peralatan
Peralatan yang digunakan :
a. Beaker Glass (gelas piala) 1000 ml
Digunakan sebagai reaktor pada proses delignifikasi. Alat ini dilengkapi
dengan penutup dari alumunium foil, dan batang pengaduk.
Gambar III.2 Reaktor delignifikasi.
b. Peralatan refluks
Digunakan pada proses hidrolisis asam. Terdiri atas 1 unit kondensor, labu
destilasi 1000 ml, jaket pemanas, dan batang pengaduk dari kaca berikut
motornya.
Gambar III.3 Peralatan refluks
c. Penyaring
Digunakan untuk menyaring bahan padatan dari larutannya. Terdiri atas
seperangkat penyaring Goochner.
25
Gambar III.4 Peralatan penyaringan
d. Oven
Digunakan untuk mengeringkan bahan pada temperatur 50oC.
e. Timbangan
Digunakan untuk menimbang bahan yang akan dipakai pada tempuhan (run)
percobaan, dengan ketelitian 0,001 gram.
f. Gelas ukur 50 ml, 100 ml, 250 ml
Digunakan untuk menakar larutan yang akan diencerkan.
g. Labu ukur 50 ml, 100 ml, 250 ml, 500 ml, dan 1000 ml
h. Erlenmeyer 200 ml
Digunakan sebagai reaktor pada proses hidrolisis enzimatik, yang dilengkapi
dengan penutup dari plastik.
i. Penangas air (water bath)
Disini digunakan dua jenis water bath: tanpa shaker (pengocok, gambar
III.5.a), untuk tempat pemanas pada proses delignifikasi; dan menggunakan
shaker (pengocok, gambar III.5.b) pada proses enzimatik.
(a)
(b)
Gambar III.5 Penangas air
26
j. Seperangkat alat titrasi
Terdiri atas biuret 25 ml dan 50 ml; klim (penjepit); dan batangan standard.
Digunakan untuk penentuan kadar glukosa dan penentuan konsentrasi pelarut
bekas.
k. Kertas pH universal dan pH digital
Digunakan untuk menentukan pH larutan.
l. Peralatan pendukung lainnya, seperti pipet volume 1 ml, 5 ml, dan 10 ml;
pipet tetes; spatula; tabung reaksi.
III.4 Karakteristik
III.4.1 Pengujian Lignin
Untuk menganalisis kandungan lignin dalam bahan lignoselulosa adalah dengan
menggunakan metoda Klason (Dietrich Fengel, 1984) yang tertuang dalam SII
0528 – 81.
III.4.2 Pengujian Hemiselulosa
Kadar hemiselulosa dalam bahan lignoselulosa dianalisis dengan menggunakan
prosedur TAPPI Standard T 19 m – 50.
III.4.3 Pengujian Selulosa
Menggunakan metoda TAPPI Standard T 17 m – 55
III.4.4 Pengujian Kadar Abu
Menggunakan metoda TAPPI Standard T 15 m - 80
III.4.5 Pengujian Kadar Air
Menggunakan metoda ASTM D 1110 - 56
III.4.6 Pengujian Derajat Kemudahan Hidrolisis Selulosa
Pengujian ini dilakukan dengan cara enzymatic saccharification terhadap selulosa
dengan menggunakan enzim selulase, dan gula yang dihasilkan kemudian
dianalisis dengan menggunakan metode Shaffer-Somogyi.
27