Peningkatan Produktivitas Bioetanol Tanaman Mengkuang dengan Praperlakuan Biologis dan Liquid Hot Water

Abstract

Faktor penghambat dalam proses konversi bahan berlignoselulosa menjadi gula yaitu lignin dan kristalin selulosa. Untuk mengkonversi bahan berlignoselulosa dengan efektif diperlukan tahap praperlakuan dalam produksi bioetanol sebelum tahap hidrolisis yang bertujuan untuk memodifikasi karakteristik bahan berlignoselulosa yang cenderung sulit untuk didegradasi. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis produktivitas bioetanol dari tanaman mengkuang melalui praperlakuan biologis, LHW, dan kombinasi kedua praperlakuan tersebut terhadap pulp tanaman mengkuang. Tahap pertama penelitian ini adalah karakterisasi sifat dasar bahan mentah (bagian tanaman mengkuang) dan pulp hasil proses pulping alkali serta menentukan pulp terbaik sebagai bahan baku praperlakuan. Tahap penelitian selanjutnya adalah karakterisasi sifat dasar pulp hasil praperlakuan biologis (pada konsentrasi inokulum 5% dan10% selama 15, 30, dan 45 hari) dan praperlakuan LHW (pada suhu 140 oC, 160 oC, dan 180 oC selama 20, 30, dan 40 menit serta menentukan praperlakuan terbaik. Kondisi praperlakuan terbaik digunakan sebagai praperlakuan awal dari kombinasi biologis-LHW dan LHW-biologis. Sifat dasar pulp alkali hasil praperlakuan kombinasi biologis-LHW dan kombinasi LHWbiologis dianalisis dan ditentukan kondisi praperlakuan kombinasi terbaiknya. Pulp hasil praperlakuan kombinasi biologis-LHW dan kombinasi LHW-biologis terbaik dikonversi menjadi etanol dengan proses SSF. Filtrat hasil SSF ditentukan kadar etanol, rendemen etanol, dan konsentrasi gula pereduksi sisanya. Persentase peningkatan rendemen etanol ditetapkan berdasarkan nisbah peningkatan rendemen etanol hasil SSF pulp hasil praperlakuan terhadap rendemen etanol hasil SSF pulp kontrol (tanpa praperlakuan). Hasil penelitian menunjukkan bahwa daun dan batang mengkuang masingmasing mengandung �����-selulosa 35.02% dan 40.29%, hemiselulosa 33.12% dan 31.19%, serta lignin 29.10% dan 26.84%. Tanaman mengkuang tergolong Gramineae (rumput-rumputan) karena komposisi ligninnya terdiri dari siringil, guaiasil, dan p-hidroksifenil berturut-turut 40.76%, 40.00%, dan 19.24% untuk daun, dan 41.82%, 39.81%, dan 18.37% untuk batang. Hemiselulosa daun disusun oleh glukosa sebesar 583.20 μg g-1 dan serta non glukosa (arabinosa, xilosa, manosa, rhamnosa dan galaktosa) sebesar 1330.15 μg g-1, sedangkan hemiselulosa batang disusun oleh glukosa sebesar 628.26 μg g-1 dan non glukosa sebesar 1711.70 μg g-1. Pulp batang hasil pulping alkali 25% digunakan sebagai bahan baku bioetanol yang telah mengalami praperlakuan biologis dan LHW karena kadar �����-selulosa batang (88.19%) hampir sama dengan pulp daun (88.27%), tetapi mengandung lignin terendah (11.90%), kristalinitas dengan nilai 68.38% serta rendemen sebesar 40.50%. Praperlakuan biologis menghasilkan pulp dengan kadar �����-selulosa, hemiselulosa, lignin, dan kristalinitas berturut-turut sebesar 72.36-84.11%, 8.56- 14.81%, 7.83-11.51%, dan 42.87-49.26%, sedangkan praperlakuan LHW menghasilkan pulp dengan kadar �����-selulosa, hemiselulosa, lignin, dan kristalinitas berturut-turut sebesar 62.40-73.32%, 5.90-9.93%, 7.69-8.99%, dan 30.43-49.29%. Kondisi praperlakuan biologis terbaik adalah perlakuan pada konsentrasi inokulum 10% selama 30 hari karena menghasilkan pulp dengan �����- selulosa, hemiselulosa, lignin, dan kristalinitas sebesar 83.24%, 9.11%, 7.83%, dan 42.87%. Kondisi praperlakuan LHW terbaik adalah perlakuan pada suhu 180 oC selama 30 menit karena menghasilkan pulp dengan �����-selulosa, hemiselulosa, lignin, dan kristalinitas masing-masing sebesar 76.24%, 5.90%, 7.69%, dan 41.72%. Kadar �����-selulosa, hemiselulosa, dan lignin pulp hasil praperlakuan kombinasi biologis-LHW masing-masing sebesar 63.42-78.99%, 8.35-9.99%, dan 6.08-8.09%. Kadar �����-selulosa, hemiselulosa, dan lignin pulp hasil praperlakuan kombinasi LHW-biologis masing-masing sebesar 62.94-76.85%, 7.81-11.78% dan 7.26-10.61%. Kondisi praperlakuan kombinasi biologis-LHW terbaik adalah pada suhu 180 oC selama 30 menit karena menghasilkan pulp dengan kadar �����- selulosa, hemiselulosa, dan lignin berturut-turut sebesar 77.41%, 9.81%, dan 6.45%, sedangkan kondisi praperlakuan kombinasi LHW-biologis terbaik adalah pada konsentrasi inokulum 10% selama 30 hari karena menghasilkan pulp dengan kadar �����-selulosa, hemiselulosa, dan lignin berturut-turut sebesar 73.1%, 7.82%, dan 7.26%. Proses SSF terhadap pulp batang mengkuang dari praperlakuan kombinasi biologis-LHW terbaik menghasilkan filtrat dengan kadar etanol (15.50%) dan konsentrasi gula pereduksi sisa (35.87 g L-1) lebih tinggi dibandingkan dengan filtrat dari proses SSF terhadap pulp batang hasil praperlakuan kombinasi LHWbiologis terbaik yang mengandung etanol sebesar 11.54% dan gula pereduksi sisa sebesar 22.48 g L-1. Rendemen etanol tertinggi diperoleh dari proses SSF terhadap pulp batang mengkuang hasil praperlakuan kombinasi biologis-LHW dengan persentase peningkatan rendemen etanol sebesar 387% terhadap pulp kontrol, sedangkan persentase peningkatan rendemen etanol dari proses SSF terhadap pulp batang mengkuang hasil praperlakuan kombinasi LHW-biologis sebesar 278% terhadap pulp kontrol.