bioetanol rimpang alang-alang
TRANSCRIPT
1
PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA
Produksi Bioetanol dari Limbah Xilan Rimpang Alang-Alang melalui Degradasi Enzimatik diikuti Fermentasi Mikroaerobik
yang Ramah Lingkungan
BIDANG KEGIATAN:PKM-P
Diusulkan oleh:
Moh. Sholeh (2310.100.126) Angkatan 2010R. Zainal Fatah (2308.100.154) Angkatan 2008Agustia Rizal Alhafidz (2308.100.131) Angkatan 2008
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2012
2
1. Judul Kegiatan : Produksi Bioetanol dari Limbah Xilan Rimpang Alang-Alang melalui Degradasi Enzimatik diikuti Fermentasi Mikroaerobik yang Ramah Lingkungan.
2. Bidang Kegiatan : PKMP PKMKPKMT PKMM
3. Bidang Ilmu : Kesehatan PertanianMIPA Teknologi Rekayasa Sosial Ekonomi HumanioraPendidikan
4. Ketua Pelaksana Kegiatan
a. Nama Lengkap :b. NIM :c. Jurusan : Teknik Kimiad. Universitas/Institut/Politeknik : Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabayae. Alamat Rumah/Telp/HP : Keputih Gang 2B 23C/ 085648060682f. Alamat email : [email protected]
5. Anggota Pelaksana Kegiatan : 4 orang6. Dosen Pendamping
a. Nama Lengkap dan Gelar : Prof. Dr. Ir. Tri Widjaja, M.Engb. NIP : 1961102 1 1986031 001c. Alamat Rumah dan HP : Keputih Blok U-165 Surabaya /
0856482819497. Biaya Kegiatan Total
Dikti : Rp. 10.000.000,00Sumber lain : -
8. Jangka Waktu Pelaksanaan : 4 bulan
Menyetujui,
Surabaya, 10 Oktober 2010
Ketua Jurusan Teknik Kimia ITS
(Prof. Dr. Ir. Tri Widjaja, M.Eng)NIP. 1961102 1 1986031 001
Ketua Pelaksana Kegiatan
() NRP. 2308100176
Pembantu Rektor III
(Prof. Dr. Suasmoro)NIP. 19550210 1980101 001
Dosen Pendamping
(Prof. Dr. Ir. Tri Widjaja, M.Eng)NIP. 1961102 1 1986031 001
3
A. JUDUL
Produksi Bioetanol dari Limbah Xilan Rimpang Alang-Alang melalui
Degradasi Enzimatik diikuti Fermentasi Mikroaerobik yang Ramah
Lingkungan.
B. LATAR BELAKANG MASALAH
Dunia sedang menghadapi problem penggunaan energi berbasis fosil seperti
minyak bumi dan gas alam, dimana penggunaan energi ini akan semakin
meningkatkan kadar CO2 di alam demikian pula gas-gas lain yang memberikan
efek rumah kaca yang disinyalir sebagai sumber pemanasan global (Committee on
Science, Engineering, and Public Policy, 1991). Disamping itu, bahan bakar
berbasis fosil merupakan jenis yang tidak bisa diperbarui karena berasal dari sisa-
sisa makhluk hidup pada jaman purba. Bila sumber energi ini dipergunakan terus
menerus tanpa ada inovasi mengenai sumber energi yang dapat diperbarui, maka
jumlahnya akan semakin menipis dan habis pada akhirnya. Oleh karena itu
penemuan sumber energi dari bahan yang dapat diperbarui melalui pemanfaatan
bioteknologi sangat dibutuhkan untuk memenuhi kebutuhan energi dunia yang
semakin lama semakin meningkat.
Sejauh ini telah dikenal enzim-enzim hemiselulase yang dapat mendegradasi
hemiselulosa, diantaranya yang paling utama yaitu enzim xilanase (Fengel dan
Wegerner, 1984). Enzim xilanase selama ini umumnya diaplikasikan pada proses
pemutihan atau pengelantangan pulp (pulp bleaching) dimana enzim ini
mendegradasi komponen xilan di dalam hemiselulosa. Penggunaan enzim xilanase
yang lain sampai sejauh ini adalah pada pembuatan roti, pembuatan minuman
beralkohol, dan pembuatan makanan ternak (Collins dkk., 2005). Akan tetapi
penggunaan enzim xilanase dalam kaitannya dengan pengadaan energi belum
pernah dilakukan sebelumnya.
Xilan merupakan komponen utama dari hemiselulosa pada dinding sel tumbuhan
yang terikat pada selulosa, pektin, lignin dan polisakarida lainnya untuk
membentuk dinding sel. Jumlah xilan di berbagai macam kayu bervariasi
4
tergantung dari jenis kayunya dan bisa mencapai lebih dari 20 % (Fengel dan
Wegener, 1999). Komponen xilan melimpah pada limbah-limbah pertanian seperti
rimpang alang-alang. Karena jumlah xilan di alam sangat besar dimana
merupakan jumlah terbesar kedua setelah selulosa (Subramaniyan dan Prema,
2002), maka xilan merupakan kandidat yang sangat menjanjikan untuk dikonversi
menjadi etanol yang merupakan bahan baku energi yang dapat diperbarui.
Melalui penelitian ini diharapkan dapat diperoleh suatu metode baru dalam
pengadaan sumber energi terbarukan yaitu dengan memanfaatkan xilan yang
jumlahnya melimpah di alam melalui konversi enzimatik menjadi monomer xilosa
oleh enzim xilanase diikuti fermentasi xilosa secara mikroaerobik menjadi etanol
menggunakan yeast Pichia stipitis.
C. PERUMUSAN MASALAH
Permasalahan yang diangkat pada program ini dirumuskan sebagai berikut:
1. Bagaimana cara memanfaatkan limbah rimpang alang-alang untuk
dimanfaatkan sebagai sumber bahan baku produksi etanol.
2. Bagaimana cara mendapatkan enzim xilanase yang digunakan untuk
mendegradasi xilan rimpang alang-alang menjadi xilosa.
3. Bagaimana cara menentukan kondisi fermentasi xilosa yang optimum untuk
menghasilkan etanol.
4. Bagaimana cara menentukan kadar etanol yang dihasilkan dan kadar xilosa
yang tersisa.
D. TUJUAN
Program ini bertujuan antara lain:
1. Mengkaji cara memanfaatkan limbah rimpang alang-alang untuk
dimanfaatkan sebagai sumber bahan baku produksi etanol.
2. Mengkaji cara mendapatkan enzim xilanase yang digunakan untuk
mendegradasi xilan rimpang alang-alang menjadi xilosa.
5
3. Mengkaji cara menentukan kondisi fermentasi xilosa yang optimum untuk
menghasilkan etanol.
4. Mengkaji cara menentukan kadar etanol yang dihasilkan dan kadar xilosa
yang tersisa.
E. LUARAN YANG DIHARAPKAN
Luaran yang diharapkan dari program ini adalah cara pemanfatan limbah rimpang
alang-alang untuk memproduksi bioetanol melalui proses yang ramah lingkungan
dengan aplikasi bioteknologi dapat dikenalkan kepada masyarakat. Sehingga ke
depan diharapkan hasil penelitian dapat dijadikan acuan dalam pengembangan
produksi etanol dengan skala yang lebih besar serta metode penanggulangan
limbah dengan penggunaan teknologi ramah lingkungan dapat diterapkan.
F. KEGUNAAN
Manfaat program Produksi Bioetanol dari Limbah Xilan Rimpang alang-alang
melalui Degradasi Enzimatik diikuti Fermentasi Mikroaerobik yang Ramah
Lingkungan adalah sebagai berikut :
1. Memberikan informasi tentang pemanfaatan limbah rimpang alang-alang yang
banyak ditemukan di Indonesia.
2. Memberikan informasi tentang cara mendapatkan enzim xilanase untuk
mendegradasi rimpang alang-alang menghasilkan xilosa.
3. Memberikan informasi tentang cara melakukan fermentasi xilosa untuk
menghasilkan bioetanol.
4. Memberikan informasi tentang cara menganalisa kadar etanol yang terbentuk
dari proses fermentasi.
G. Tinjauan Pustaka
1. Etanol
Etanol disebut juga sebagai etil-alkohol dimana merupakan hidrokarbon
berikatan tunggal. Rumus molekul etanol adalah C2H5OH atau rumus empirisnya
adalah C2H6O dimana mempunyai sifat tidak berwarna dan tidak berasa tetapi
6
memiliki bau yang khas. Pada ilmu kimia etanol merupakan senyawa organik
yang salah satu atom hidrogennya merupakan gugus OH. Berdasarkan senyawa
organik yang berikatan dengan gugus hidroksil senyawa alkohol terdiri atas R-OH
primer (R-CH2-OH), sekunder ((R)2CH-OH) dan tersier (( R)3C-OH).
Menurut Najafpour dan Lim (2002), etanol memiliki sifat fisika antara lain titik
didih (73,32o C), titik kritis (243,1o C) serta densitas (0,7893 g/mL pada suhu 20o
C). Etanol dapat dihasilkan dari peragian atau fermentasi karbohidrat, dimana
prinsip pembentukan etanol adalah pelepasan energi yang tersimpan pada bahan –
bahan organik yang memiliki kandungan karbohidrat tinggi dengan bantuan
mikroba. Terdapat sejumlah jenis mikroba yang memiliki kemampuan untuk
menfermentasikan etanol diantaranya khamir dan bakteri.
2. Enzim
Enzim adalah biokatalis yang diproduksi oleh jaringan makhluk hidup dimana
enzim ini berfungsi untuk mengkatalisa reaksi-reaksi yang terjadi dalam jaringan.
Bila enzim ini tidak ada, maka reaksi-reaksi akan berjalan terlalu lambat untuk
menopang kehidupan atau reaksi-reaksi tersebut akan memerlukan kondisi-
kondisi non fisiologis (Montgomery, dkk,1999). Enzim juga diketahui
mempunyai spesifikasi tinggi karena enzim ini dapat bekerja dengan kecepatan
perubahan besar dan pada keadaan fisiologis yang lunak, yaitu pada tekanan dan
suhu rendah serta dalam larutan air.
3. Enzim Hemiselulase
Enzim ini umumnya digunakan secara komersial dalam pulp bleaching. Dalam hal
ini enzim hemiselulase berfungsi untuk mendegradasi hemiselulosa, di mana
hemiselulosa adalah salah satu komponen kayu yang merekatkan antara lignin dan
selulosa. Dan enzim utama yang berperanan penting adalah xylanase. Dalam
penelitian ini enzim xilanase dimanfaatkan untuk mengkonversi xilan menjadi
xilosa, kemudian xilosa yang dihasilkan akan difermentasi menjadi alkohol.
Dengan demikian diharapkan penelitian ini menjadi salah satu alternatif untuk
menghasilkan bahan baku energi terbarukan.
7
4. Pemilihan Strain
4.a Seleksi Strain
Dalam memproduksi enzim dari mikroorganisme, hal yang penting untuk
dikerjakan adalah mulai menggunakan strain mikroorganisme yang paling aktif
yang tersedia. Suatu program seleksi strain harus dilakukan dengan mengambil
kultur dari alam atau koleksi kultur, dan melakukan pengujian-pengujian aktivitas
enzim. Persyaratan utama dalam seleksi adalah kemudahan metodologi, sehingga
pengujian yang cepat untuk sejumlah besar strain dapat dikerjakan
4.b Perbaikan Kondisi Pembentukan Enzim
Bilamana sebuah strain mikroorganisme yang baik telah diperoleh, parameter-
parameter harus diatur sampai titik optimal untuk memaksimumkan pertumbuhan
dan produksi enzim. Diantara parameter yang penting adalah suhu, pH dan
transfer oksigen. Hal penting lainnya adalah nutrien untuk mikroorganisme,
khususnya senyawa-senyawa yang mengandung karbon, nitrogen, fosfor, sulfur
dan garam-garam mineral.
5. Media Fermentasi
Media fermentasi terdiri dari larutan garam mineral inorganik dan sumber
nitrogen baik organik maupun inorganik. Media ini berfungsi sebagai sumber
nutrisi bagi pertumbuhan jamur. Unsur-unsur yang terkandung dalam media
fermentasi ini antara lain :
Karbon, berfungsi sebagai unsur utama dalam pembentukan sel
Nitrogen, berfungsi dalam pembentukan asam amino, DNA, RNA dan ATP
Hidrogen, berfungsi dalam pembentukan sel
Oksigen, berfungsi dalam pembentuan sel
Phospor, berfungsi sebagai kofaktor enzim dan pembentukan asam nukleat
Sulfur, berfungsi sebagai kofaktor enzim
Kalium, berfungsi sebagai kofaktor enzim
Magnesium, berfungsi untuk menjaga kestabilan ribosom, membran sel dan
asam nukleat; sebagai kofaktor enzim, sebagai komponen dari klorofil
Kalsium, berfungsi sebagai kofaktor enzim
8
6. Xilan
Xilan merupakan komponen utama dari hemiselulosa pada dinding sel tumbuhan
yang terikat pada selulosa, pektin, lignin dan polisakarida lainnya untuk
membentuk dinding sel. Xilan merupakan polimer yang tersusun atas unsur-unsur
xylopiranosa yang berikatan secara -1,4. Struktur molekul xilan dan serangan
enzim xilanase diberikan pada Gambar 1, dimana dari degradasi ini akan
dihasilkan produk monomer gula D-xilosa dengan 5 atom karbon. Seperti halnya
glukosa dan fruktosa yang terdiri dari 6 atom karbon, xilosa termasuk dalam
golongan gula pereduksi (reducing sugar) dimana gula pereduksi ini oleh aktifitas
mikroorganisme dapat dikonversi menjadi etanol melalui proses fermentasi.
Jumlah xilan di berbagai macam kayu bervariasi tergantung dari jenis kayunya
dan bisa mencapai lebih dari 20 % (Fengel dan Wegener, 1999). Komponen xilan
juga melimpah pada limbah-limbah pertanian seperti dedak padi, dedak gandum,
dan rimpang alang-alang. Karena jumlah xilan di alam sangat besar dimana
merupakan jumlah terbesar kedua setelah selulosa (Subramaniyan dan Prema,
2002), maka xilan merupakan kandidat yang sangat menjanjikan untuk dikonversi
menjadi etanol yang merupakan bahan baku energi yang dapat diperbarui
Gambar 1 Struktur polimer xilan dan pemotongannya oleh aktifitas enzim
xilanase
9
7. Fermentasi
Proses pembuatan alkohol secara industri tergantung pada bahan bakunya. Bahan
yang mengandung gula biasanya tidak atau sedikit saja memerlukan pengolahan
pendahuluan. Tetapi bahan-bahan yang mengandung pati, selulosa atau
hemiselulosa harus dihirolisa terlebih dahulu menjadi gula yang dapat
difermentasikan. Misalnya selulosa yang harus diubah menjadi glukosa terlebih
dahulu dan xilan (hemiselulosa) yang harus diubah menjadi xilosa.
Pada prinsipnya reaksi dalam proses pembuatan alkohol dengan fermentasi adalah
sebagai berikut :
3C5H10O5 5C2H5OH + 5CO2(Ahyan Demirbas,2005)
xilosa etanol
1 g 0.511g 0.489g
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2(Ahyan Demirbas,2005)
glukosa etanol
1 g 0.511g 0.489 g
Fermentasi dilakukan dalam tangki fermentasi. Dilakukan pada kepekatan tertentu
dan pH dijaga ±4. Untuk terjadinya fermentasi alkohol, maka dibutuhkan kondisi
anaerob hingga diharapkan mikroorganisme dapat mengubah gula menjadi
alkohol. Pada proses fermentasi perlu proses pendinginan untuk menjaga
temperatur tetap pada ±30oC selama proses fermentasi yang berlangsung 5-7 hari.
Produksi ethanol dengan bahan baku tanaman yang mengandung pati atau
karbohidrat, dilakukan melalui konversi karbohidrat menjadi gula yang larut
dalam air. Dalam proses konversi karbohidrat menjadi gula larut dalam air
dilakukan dengan penambahan air dan enzym. Kemudian dilakukan proses
peragian atau fermentasi gula menjadi etanol dengan penambahan yeast atau ragi.
Proses fermentasi dimaksudkan untuk mengubah gula menjadi etanol (alkohol)
dengan menggunakan strain mikroorganisme. Etanol yang dihasilkan dapat
ditingkatkan kualitasnya dengan membersihkannya dari zat-zat yang tidak
10
diperlukan. Proses fermentasi sangat berpengaruh dari kondisi pH dan temperatur
fermentasi. Selain itu fermentasi alkohol ditentukan oleh nutrisi (zat gizi) dan
kondisi udara untuk kehidupan ragi. Dalam proses pembuatan alkohol, selain
tergantung pada bahan baku yang digunakan juga tergantung pada faktor-faktor
yang mempengaruhi kehidupan dan pertumbuhan mikroba yang digunakan.
Beberapa tahap utama yang dilakukan dalam proses fermentasi yaitu :
a. Seleksi mikroorganisme yang akan digunakan.
b. Seleksi media yang akan digunakan
c. Sterilisasi semua bagian yang penting agar tidak terkontaminasi
mikroorganisme lain.
d. Evaluasi proses dan hasil secara keseluruhan.
8. Pichia stipitis
Pichia stipitis merupakan golongan yeast yang diisolasi dari kayu yang lapuk dan
jentik-jentik dari kayu yang menghuni serangga (Toivilia et al. 1984). Dengan
ekologi yang berada pada kayu tersebut, membuat yeast ini mempunyai
kemampuan untuk memanfaatkan seluruh gula yang terdapat pada kayu. P. stipitis
telah mengembangkan berbagai macam cellulases dan hemicellulases untuk
mendegradasi kayu menjadi monomer gula (Jeffries et al. 2007). Dalam yeast,
seperti S. cerevisae, etanol diproduksi ketika konsentrasi gula relatif rendah,
walaupun dalam kondisi aerob. Fenomena ini dikenal sebagai efek Crabtree.
Tidak seperti S. cerevisae, P. stipitis adalah yeast respirasi, yang tidak bisa
memproduksi etanol dalam konsisi aerob, walaupun konsentrasi gula yang
tersedia tinggi (Klinner et al. 2005). Pemilihan untuk menghasilkan etanol atau
jumlah sel oleh P. stipitis tergantung oleh suplai O2 ke sel. Pada laju aerasi yang
tinggi, hanya jumlah sel yang dihasilkan dan pada laju aerasi yang rendah, etanol
yang diproduksi (du Preez. 1994)
11
.
Gambar 2 Bentuk Pichia Stipitis
P. stipitis mampu untuk memfermentasi glukosa, xilosa, manosa, galaktosa, dan
selubiosa (Parekh dan Wayman. 1986). P. stipitis juga mempunyai kemampuan
untuk memproduksi jumlah sel dari L-arabinosa tapi tidak dapat menghasilkan
etanol (Nigam. 2002).
Suhu optimal fermentasi dari P. stipitis adalah diantara 25 dan 33 oC dan pH
optimalnya sekitar 4.5 – 5.5 (du Preez et al. 1986). Nutrisi dalam fermentasi
media memegang peranan penting dalam pertumbuhan dan produksi etanol oleh
P. stipitis. Penelitian terhadap P. stipitis NRRL Y-7124 menggunakan medium
yang berisi nitrogen, vitamin, asam amino, purin dan pirimidin menunjukkan
bahwa beberapa dari komponen ini mampu meningkatkan pertumbuhan dan
produksi etanol oleh P. stipitis (Slininger et al. 2006). Garam-garam ammonium
meningkatkan produktifitas etanol dan yield etanol oleh P. stipitis (Guebel et al.
1992; Agbogbo dan Wenger. 2006). Beberapa penelitian telah menunjukkan
bahwa P. stipitis menghasilkan etanol pada kondisi anaerob (Delgenes et al.
1986), tapi pada kondisi mikroaerob produksi etanol menjadi optimal (Grootjen et
al. 1990). Konsentrasi awal xilosa mempunyai efek terhadap parameter fermentasi
dari P. stipitis dengan produksi etanol maksimum terjadi pada konsentrasi xilosa
50 g/l (du Preez et al. 1985). Penelitian terhadap pengaruh konsentrasi gula
menunjukkan bahwa produktifitas volumetrik etanol akan terhambat pada
konsentrasi awal xilosa antara 76 dan 99 g/l dan yield etanol akan turun ketika
konsentrasi xilosa di atas 145 g/l (Roberto et al. 1991). Chamy dan teman
kerjanya tidak menemukan bukti dari pengaruh konsentrasi xilosa terhadap
12
produksi etanol ketika konsentrasi xilosa adalah 200 g/l (Chamy et al. 1994).
Konsentrasi gula yang tinggi meningkatkan tekanan osmotic pada organisme-
organisme dan oleh karena itu menurunkan lagu pertumbuhan dan fermentasi.
Oleh karena itu, penelitian oleh Chamy dan teman kerjanya pada pengaruh
konsentrasi xilosa awal mungkin karena kondisi eksperimen yang mengurangi
tekanan gula. Delgenes et al. (1988) menunjukan bahwa P. stipitis menghasilkan
etanol pada konsentrasi awal 50 g/l, meskipun ini secara total menghalangi
aktifitas strain pada kondisi mikroaerobik.
9. Penelitian Sebelumnya
Penelitian mengenai produksi etanol yang dilakukan sebelumnya antara lain:
1. Kim dkk. (2008) melakukan penelitian untuk mengkonversi barley hull
menjadi etanol dengan perlakukan awal menggunakan larutan amonia. Kondisi
perlakukan awal terbaik dilakukan pada 75oC selama 48 jam dengan 15 % berat
larutan amonia dan perbandingan padatan dan cairan sebesar 1:12. Dihasilkan
yield proses sakarifikasi sebesar 83% untuk glucan dan 63% untuk xylan
menggunakan enzim sebesar 15 FPU/g-glucan. Produksi etanol dilakukan dengan
metode SSCF (simultaneous saccharification and co-fermentation) dengan 3%
w/v glucan dan 4 mL of xylanase menghasilkan 24.1 g/L ethanol. Hal ini setara
dengan yield sebesar 89.4%.
2. Kim Olofsson dkk (2008) melakukan penelitian dengan menggunakan
bahan baku wheat straw untuk memproduksi bioethanol dengan proses fermentasi
xylose dan glucose. Strain yang digunakan dalam proses fermentasi adalah
Saccharomyces cerevisiae, dengan metode simultaneous saccharification and
fermentation (SSF). Pada metode SSF diperoleh hasil tertinggi kandungan serat
sebesar 9% water insoluble substance (WIS) dan ditemukan fed-batch strategy
sebesar 71% dari yield teoritis. Yield etanol tertinggi mencapai 80%,. Kondisi
operasi yang dibutuhkan secara optiomal adalah temperature 34oC untuk bahan
baku dan yeast strain yang dipelajari.
13
3. Hanne dkk (2005) melakukan penelitian hidrolisa fermentasi dari wheat
hemicellulosa untuk memproduksi ethanol. Penelitian ini menggunakan enzyme
selulosa yang terdiri dari 1.5L Celluclast (dari Trichoderma reesei), Finizym (dari
Aspergillus niger), UltrafloL (dari Humicolainsolens), dan Viscozyme L (dari
Aspergillus aculeatus). Bahan yang digunakan berasal dari jenis wheat
arabinoxylan. Kondisi operasi yang dibutuhkan adalah 6 jam, 60oC, pH 6 dengan
enzym 46%(wt.%).Untuk treatment selama 24 jam diperlukan perbandingan 50:50
dari campuran Celluclast 1.5 L dan UltrafloL pada 50oC, pH 5. Yield yang
dihasilkan sebesar 62 wt.% etanol.
4. Tabka dkk (2006) melakukan penelitian yang difokuskan pada study
kondisi yang digunakan oleh fungal enzim lignocellulolytic untuk mengkonversi
lignocellulusic dalam fermentasi gula untuk produksi bioethanol. Mikroorganisme
yang digunakan adalah (cellulases dan xylanases dari Trichoderma reesei,
recombinant feruloyl esterase (FAE) dari Aspergillus niger dan oxidoreductase
dari Pycnoporus cinnabarinus. Konsentrasi enzim yang digunakan sebesar (10
U/g untuk cellulases, 3 U/g untuk xylanase dan 10 U/g untuk FAE). Kondisi
operasi proses hydrolisa enzimatic dilakukan pada suhu 37-50oC dan dalam
keadaan bebas ion surfactan. Optimasi dari hydrolisa enzimatic hanya
memerlukan kuantitas enzim yang kecil dan biaya proses yang efektif.
H. METODE PENELITIAN
1. Diagram alir penelitian
Gambar 3 : Diagram alir penelitian
Media fermentasi ditambahkan dengan 100 ml larutan Sodium Asetat Buffer pH 6 yang mengandung 0,1 % Tween-80 kemudian mengocok pada orbitalshaker pada 175 rpm selama 135 menit.
Melakukan sentrifugasi pada kecepatan 5000 rpm selama 1 jam untuk mendapatkan cairan enzim (supernatant).
Membuat suspensi dari biakan jamur Trichoderma Reseei.
Menginokulasikan jamur dalam erlenmeyer yang berisi Substrat SekamPadi dan Media Fermentasi. Lalu menginkubasikan pada suhu 30oC pH 5,5 selama 7 hari
Melakukan filtrasi dengan menggunakan kain saring halusuntuk memisahkan filtrat dengan mycelia beserta endapan media di dalamnya Sehingga didapatkan supernatan crude enzym lalu Menghitung Aktifitas enzym menggunakan Metode DNS
14
2. Rancangan Penelitian
Untuk mencapai tujuan, maka penelitian ini dibagi menjadi tiga tahap, yaitu tahap
pertama (produksi enzim xilanase), tahap kedua (konversi xilan menjadi xilosa)
dan tahap ketiga (fermentasi xilosa menjadi etanol).
2.a Tahap Produksi Enzim Xilanase
Mengukur konsentrasi xilosa sampai didapat harga yangrelatif konstan dengan metode DNS
Menganalisa kandungan xylan dalam bahan baku dengan metode DNS
Mengaplikasikan enzim xilanase yang didapat pada tahap I dengan dosis 100 mL larutan enzim setiap 10 gram bahan, dan menginkubasikan pada suhu 50oC dan pH 6.5.
Menyiapkan bahan yang mengandung xilan yakni daun jagung ukuran 40 mesh
Koloni dipindahkan ke dalam media filter-sterilized dan ditumbuhkan selama 1 malam.
Melakukan proses sterilisasi bahan pada autoclave pada 121 oCselama 15 menit
Pichia stipitis ditumbuhkan 3 hari pada agar plate yang mengandung 10 g/L yeast ekstrak, 20 g/L pepton, 20 g/L xilosa dan 20 g/L agar dan telah disterilisasi. Mikroorganisme ditumbuhkan pada suhu 30 oC selama 3 hari.
Sentrifugasi pada 3000 rpm selama 5 menit dan supernatant dipisahkan, sel ditimbang dan disuspensi dengan aquadest steril
Menyiapkan 100 ml larutan xilosa, menambahkan 2 ml larutan nutrien yang mengandung 85 g/L yeast ekstrak, 113.5 g/L urea, 328 g/L peptone.
15
2.b Tahap Konversi Xilan menjadi Xilosa
2.c Tahap Fermentasi Xilosa menjadi Etanol
Menambahkan 14 ml inoculum dengan konsentrasi sel P. Stipitis 1.8 g/L
Melakukan inkubasi selama 3 hari pada incubator air shaker suhu 30 oC dan 100 rpm
Mengulangi prosedur 1 sampai 4, untuk inkubasi selama 5 hari dan 8 hari
Mengulangi prosedur fermentasi untuk konsentrasi sel P. Stipitis 4.3 dan 6.5 g/l
Menganalisa kadar etanol menggunakan Gas Kromatografi
Menghitung konsentrasi sel P. Stipitis akhir dengan metoda optical density
16
2.5. Variabel Penelitian
Variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Kondisi
Temperatur operasi = 30 oC (suhu ruang)
pH = 6.3
Aeration = 100 rpm
2. Variabel yang ditetapkan
Waktu fermentasi = 3 hari, 5 hari, 8 hari.
Konsentrasi initial cell = 1.8 g/L, 4.3 g/L, 6.5 g/L
17
I. JADWAL KEGIATAN
Adapun jadwal kegiatan yang akan dilaksanakan adalah sebagai berikut:
No KegiatanBulan
1 2 3 4 5
1 Penyusunan proposal
2 Perizinan dan seleksi peserta
3 Mendapatkan bahan baku
4 Melakukan pembuatan papan komposit
5 Pengambilan data penelitian
6 Uji kekuatan bahan
7 Evaluasi Penetitian
8 Laporan akhir
J. RANCANGAN BIAYA
Adapun anggaran biaya pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
URAIAN UNIT HARGA SATUAN JUMLAH1. Biaya Habis Pakai Reagen DNS 100 gr Rp. 675.000,00 Rp. 675.000,00 Potato Dextrose Agar 100 gr Rp. 400.000,00 Rp. 400.000,00 MgSO4.7H2O 100 gr Rp. 150.000,00 Rp. 150.000,00 KH2PO4 100 gr Rp. 100.000,00 Rp. 100.000,00 CaCl2.2H2O 100 gr Rp. 150.000,00 Rp. 150.000,00 FeSO4 100 gr Rp. 200.000,00 Rp. 200.000,00 MnSO4 100 gr Rp. 100.000,00 Rp. 100.000,00 Yeast extract 1 Kg Rp. 300.000,00 Rp. 300.000,00 Tween-80 500 ml Rp. 200.000,00 Rp. 200.000,00 Xilan oat Spelt 100 gr Rp. 400.000,00 Rp. 400.000,00 Urea 100 gr Rp. 120.000,00 Rp. 120.000,00 Xilose Pro-analis 100 gr Rp. 300.000,00 Rp. 300.000,00 Strain Pichia stipitis 1 tube Rp. 250.000,00 Rp. 250.000,00 StrainTrichoderma reseei 1 tube Rp 200.000,00 Rp 200.000,00 Natrium asetat 100 gr Rp. 200.000,00 Rp. 200.000,00 Bacto Agar 500 gr Rp. 300.000,00 Rp. 300.000,00 Bacto Pepton 500 gr Rp. 300.000,00 Rp. 300.000,00
18
2. Peralatan penunjang PKM Screener (sewa) 1 unit Rp. 300.000,00 Rp. 300.000,00 Orbital shaker (sewa) 1 unit Rp. 300.000,00 Rp. 300.000,00 Centrifuge (sewa) 1 unit Rp. 300.000,00 Rp. 300.000,00 Autoclave (sewa) 1 unit Rp. 300.000,00 Rp. 300.000,003. Analisa Analisa gula (HPLC) 15 sampel Rp 40.000,00 Rp. 500.000,00 Analisa etanol (GC) 15 sampel Rp 35.000,00 Rp 525.000,004. Perjalanan Biaya transportasi - Rp. 200.000,00 Rp. 200.000,004. Lain-lain Pembuatan laporan akhir 1 eks. Rp. 100.000,00 Rp. 100.000,00 Penggandaan laporan akhir
5 eks. Rp. 30.000,00 Rp. 150.000,00
Total Biaya Rp. 10.000.000,005. Pemasukan Dikti Rp. 10.000.000,00Total Pemasukan Rp. 10.000.000,00
K. DAFTAR PUSTAKA
Agbogbo, F.K., Haagensen, F.D., Milam, D. dan Wenger, K.S., Fermentation of
Acid-pretreated Corn Stover to Ethanol Without Detoxification Using
Pichia stipitis, Appl Biochem Biotechnol (2008) 145:53–58.
Agbogbo, F.K., Kelly, G.C., Smith, M.T. Wenger, K.S. dan Jeffries, T.W, The
Effect of Initial Cell Concentration on Xylose Fermentation by Pichia
stipitis, Appl Biochem Biotechnol (2007) Vol 136-142.
Collins, T., Gerday, C., dan Feller, G., Xylanases, xylanase families and
extremophilic xylanases, FEMS Microbiology reviews, 29 3-23, 2005.
Fengel, D dan Wegerner, G. Kayu: Kimia, Ultrastruktur, Reaksi-reaksi, Gajah
Mada University Press, Yogyakarta, hal. 30-34, 155-176, 1984.
Fu, N. dan Peiris, P., Co-fermentation of a mixture of glucose and xylose to
ethanol by Zymomonas mobilis and Pachysolen tannophilus, World J
Microbiol Biotechnol (2008) 24:1091–1097.
19
Gawande, P.V dan Kamat, M.Y., Production of Aspergillus xylanase by
lignocellulosic waste fermentation and its application, J. of Applied
Microbiology, 87, 511 – 519, 1999.
Nakamura, Y. dan Sawada, T. Lignin Peroxidase Production by Phanerochaete
chrysosporium Immobilized on Polyurethane Foam ,” Journal Chemichal
Engineering Japan., 30, 1- 6, 1997.
Rao, K., Chelikani, S., Relue, P. dan Varanasi, S., A Novel Technique that
Enables Efficient Conduct of Simultaneous Isomerization and
Fermentation (SIF) of Xylose, Appl Biochem Biotechnol (2008) 146:101–
117.
Subramaniyan, S. dan Prema, P. Biotechnology of Microbial Xylanases:
Enzymology, Molecular biology, and Application, Critical Reviews in
Biotechnology, 22 (1), 33-64, 2002.
L. LAMPIRAN
1. Ketua Pelaksana Kegiatan
a. Nama Lengkap :
b. NIM :
c. Fakultas/Program Studi : Teknologi Industri/ Teknik Kimia
d. Perguruan Tinggi : Institut Teknologi Sepuluh Nopember
e. Waktu untuk kegiatan PKM : 12 Jam/minggu
TTD
NRP. 2308100176
2. Anggota Pelaksana
20
a. Nama Lengkap : R. Zainal Fattah
b. NIM : 2308100154
c. Fakultas/Program Studi : Teknologi Industri/ Teknik Kimia
d. Perguruan Tinggi : Institut Teknologi Sepuluh Nopember
e. Waktu untuk kegiatan PKM : 12 Jam/minggu
TTD
R. Za i nal Fattah
NRP. 2308100154
a. Nama Lengkap : Agustia Rizal Alhafidz
b. NIM : 2309100069
c. Fakultas/Program Studi : Teknologi Industri/ Teknik Kimia
d. Perguruan Tinggi : Institut Teknologi Sepuluh Nopember
e. Waktu untuk kegiatan PKM : 12 Jam/minggu
TTD
Agustia Rizal Alhafidz
NRP. 2309100131
NAMA DAN BIODATA DOSEN PENDAMPING
21
1. Nama Lengkap dan Gelar : Prof. Dr. Ir. Tri Widjaja, M.Eng
2. NIP : 1961102 1 1986031 001
3. Jabatan Fungsional : Ketua Jurusan
4. Jabatan Struktural : -
4. Fakultas/Program Studi : Fakultas Teknologi Industri/Teknik Kimia
5. Perguruan Tinggi : Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya
6. Bidang Keahlian : Pengolahan Limbah Industri
7. Waktu untuk kegiatan PKM : 4 jam/minggu
TTD
( Prof. Dr. Ir. Tri Widjaja, M.Eng ) NIP. 1961102 1 1986031 001