Perpustakaan Digital ITB

ABSTRAK PRODUKSI XILITOL DARI TANDAN KOSONG SAWIT MELALUI PROSES HIDROLISIS ENZIMATIK DAN FERMENTASI Oleh Efri Mardawati NIM : 33010002 Peningkatan permintaan dunia terhadap minyak sawit mentah (CPO) akan mendorong peningkatan produksi kelapa sawit sehingga menyebabkan akumulasi tandan kosong sawit (TKS). TKS merupakan biomassa limbah industri kelapa sawit yang dihasilkan setelah proses perontokkan buah, sebesar 20-22% dari tandan buah segar.Saat ini TKS banyak dibakar atau digunakan kembali sebagai pupuk dan musla pada perkebunan yangmemberikan nilai tambah yang kecil. Ketersediaan TKS yang besar ini berpotensi untuk diolah lebih lanjut untuk menghasilkan produk yang bermanfaat. Komponen penyusun TKS terdiri dari selulosa, hemiselulosa, lignin dan bahan ekstraktif. Berdasarkan hasil karakterisasi, komponen xilosa yang menyusun hemiselulosa TKS cukup besar, yaitu ±19,6 % dari TKS. Xilosa dapat dikonversi lebih lanjut menjadi xilitol, yang mempunyai nilai ekonomi tinggi sebagai pemanis alami, mempunyai derajat kemanisan yang sama dengan sukrosa tetapi memiliki nilaikalori yang lebih rendah. Xilitol digunakan sebagai gula alternatif pada pasien diabetes, memiliki viskositas yang rendah dan memiliki sifat menyerap panas sehingga menimbulkan sensasi dingin serta tidak merusak gigi. Proses konversi xilosa menjadi xilitol dapat dilakukan secara kimiawi melalui proses hidrogenasi xilosa pada tekanan dan temperatur tinggi. Proses secara kimia ini dilakukan dengan cara mereaksikan xilosa murni dengan gas Hidrogen menggunakan katalis logam. Proses ini membutuhkan penggunaan bahan baku xilosa dengan tingkat kemurnian yang tinggi. Sebagai alternatif, reduksi xilosa dapat dilakukan melalui fermentasi.Tingkat kemurnian xilosa sebagai bahan baku tidak perlu tinggi, sehingga dapat digunakan hidrolisat TKS. Hidrolisat dapat diperoleh melalui proses hidrolisis TKS baik secara kimia maupun enzimatik.Proses hidrolisissecarakimia mempunyaibeberapa kelemahan di antaranya bekerja pada kondisi temperatur dan tekanan yang tinggi dengan iii katalis logam, danmembentuk produk-produk terdekomposisi sepertifurfural, HMF dan asam asetat. Produk terdekomposisi ini menjadi inhibitor dalam proses selanjutnya, yaitu fermentasi. Walaupun berjalan lebih lambat, proses hidrolisis enzimatis memberikan keuntungan diantaranya kondisi operasi yang lunak, bersifat spesifik sehingga tidak menghasilkan produk dekomposisi dan sangat baik untuk proses fermentasiselanjutnya.Penelitian secara umum bertujuan untuk produksi xilitol dari TKS melalui kombinasi hidrolisis enzimatik dan fermentasi, di mana dari studi pustaka sejauh ini belum ada yang melaporkan. Ketersediaan enzim untuk mendegradasi xilan menjadi xilosa yaitu xilanase saat ini masih terbatas dan harganya dipasaran sangat mahal. Untuk itu, penelitian ini dimulai dari kajian produksi enzim xilanase melalui proses fermentasi fasa padat menggunakan substrat TKS oleh jamur. Kajian produksi enzim meliputi pemilihan jamur dan kondisi kultivasi meliputi rasio substrat, temperatur dan waktu kultivasi serta karakterisasi ekstrak enzim yang dihasilkan. Pada ketiga jamur uji yaitu Aspergillus niger ITBCCL.51, Trichoderma viride ITBCC L.67 dan Penicillium sp ITBCC L.96, potensial untuk menghasilkan enzim xilanase. Aktivitas enzim xilanase tertinggi dihasilkan oleh T. viride dengan pada temperatur 32,8oC dan rasio substrat padat-cair sebesar 0,63 dengan aktivitas xilanase 740,6 U/mL ekstrak atau 5095,3 U/g substrat yang dicapai pada 36 jam kultivasi. Selain memiliki aktivitas xilanase, enzim yang dihasilkan juga memiliki aktivitas selulase dan lakase. Optimasi proses hidrolisis enzimatik menggunakan ekstrak enzim kasar yang dihasilkan dilakukan terhadap pH dan temperatur untuk memperoleh konsentrasi xilosa dan rasio xilosa-glukosa yang tinggi pada hidrolisat. Komponen glukosa selalu akan dihasilkan dari proses hidrolisis TKS, karena enzim yang digunakan adalah ekstrak enzim kasar yang juga mengandung aktivitas selulase. Kondisi optimum hidrolisis enzimatik dicapai pada pH 4,6 dan temperatur 41,6oC. Proses hidrolisis enzimatik dapat dimodelkan dengan baik menggunakan model kinetik Michaelis-Menten dengan parameter Vm =0,045 g/L/menit dan Km = 6,896 g/L. Hidrolisat TKS yang sudah dihasilkan, digunakan sebagai substrat dalam fermentasi xilitol. Kajian awal mengenai kondisi fermentasi xilitol dari hidrolisat TKS dilakukan untuk menghasilkan perolehan xilitol yang maksimal. Evaluasi proses fermentasi xilitol menggunakan substrat sintetik meliputi evaluasi jenis ragi, kondisi aerasi dan penambahan ko-substrat glukosa, konsentrasi sel awal dan pH fermentasi. Jenis ragi D. hansenii, kondisi semiaerobik, dan penambahan kosubstrat glukosa 2,5 g/L pada kadar substrat xilosa 10 g/L memberikan tingkat perolehan xilitol yang terbaik. Konsentrasi sel awal dan pH fermentasi secara signifikan mempengaruhi produksi xilitol. Kondisi fermentasi yang diperoleh kemudian diterapkan pada fermentasi xilitol menggunakan substrat hidrolisat TKS dan menghasilkan xilitol dengan konsentrasi 3,088 g/L, yield sebesar 0,24 g xilitol/g xilosa dan produktivitas volumetrik xilitol sebesar 0,03 g/L/jam. Pada kondisi ini hanya 66% dari total xilosa substrat yang diutilisasi. Xilitol diproduksi pada fase pertumbuhan dan fasa stasioner. Apabila dibandingkan dengan substrat sintetik, dapat disimpulkan iv bahwa kandungan glukosa yang lebih banyak pada hidrolisat dapat menurunkan yield xilitol. Proses fermentasi kemudian dimodelkan dengan kinetika pertumbuhan Monod dan model Luedeking Piret untuk produksi xilitol. Secara umum hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa rangkaian proses hidrolisis enzimatik dan fermentasi dapat diterapkan untuk memproduksi xilitol dari TKS. Namun demikian utilisasi substrat yang masih rendah sehingga menyebabkan konsentrasi xilitol yang diperoleh belum maksimal. Selain itu produk yang dihasilkan pada akhir penelitian ini adalah larutan xilitol yang memerlukan proses pemisahan dan pemurnian produk lebih lanjut. Hal-hal tersebut perlu mendapatkan perhatian lebih lanjut sebelum proses ini dapat diterapkan pada skala industri. Keberhasilan penerapan proses yang terpadu untuk mengolah TKS menjadi xilitol akan membuka jalan menuju kemandirian perekonomian nasional Indonesia yang berbasis biomassa. Kata kunci : fermentasi, hidrolisis enzimatik, pemodelan