Produksi Bioetanol Dari Bagas Sorgum Manis Melalui Sakarifikasi dan Fermentasi Simultan Direkayasa menggunakan Trichoderma reesei dan Saccharomyces cerevisiae

Abstract

Bagas sorgum manis (BSM) merupakan ampas bagian batang dari tanaman sorgum manis. BSM merupakan biomassa lignoselulosa yang potensial untuk produksi bioetanol. Secara umum kandungan selulosa, hemiselulosa dan lignin pada BSM secara berturut-turut sebesar 30-40%, 20-30%, dan 25-30%. BSM telah dimanfaatkan sebagai pakan ternak, dan kompos namun belum termanfaatkan secara optimal. Tahapan produksi bioetanol dari bahan lignoselulosa yaitu delignifikasi, sakarifikasi dan fermentasi. Delignifikasi merupakan proses penghilangan lignin pada lignoselulosa sehingga dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol. Penelitian ini diharapkan dapat meningkatkan produksi bioetanol dengan cara penggunaan agen mikroba sebagai penghasil enzim untuk produksi bioetanol serta penerapan rekayasa bioproses pada proses sakarifikasi dan fermentasi simultan (SSF). Produksi bioetanol dari bahan selulosa pada umumnya menggunakan enzim komersial untuk menghidrolisis selulosa menjadi gula. Pada penelitian ini digunakan kultur kapang Trichoderma reesei untuk proses sakarifikasi dan khamir Saccharomyces cerevisiae untuk produksi bioetanol. Penelitian ini terdiri dari delignifikasi dan karakterisasi BSM, kultivasi Trichoderma reesei menggunakan susbtrat BSM. Penelitian utama yaitu produksi bioetanol dari BSM dengan teknik SSF konvensional (aerasi penuh), SSF Direkayasa I, serta SSF Direkayasa II menggunakan Trichoderma reesei dan Saccharomyces cerevisiae. Berdasarkan hasil karakterisasi BSM yang sudah didelignifikasi diperoleh konsentrasi selulosa sebesar 48.65±0.02%, hemiselulosa 17.63±0.02% serta lignin 7.47±0.01%. Kultivasi Trichoderma reesei dengan substrat BSM dilakukan selama 84 jam menghasilkan produk gula tertinggi pada jam ke 36 sebesar 10.90 g L-1. Hasil ini mendasari bahwa jam ke 36 digunakan untuk penerapan waktu rekayasa bioproses pada teknik SSF Direkayasa. Produksi bioetanol dengan teknik SSF konvensional menghasilkan etanol sebesar 6.60±0.28 g L-1. Kinetika kultivasi meliputi; nilai laju pertumbuhan spesifik maksimum gabungan (μx maks) sebesar 0.02/jam, laju pertumbuhan spesifik sel maksimum (μN maks) kapang dan khamir sebesar 0.04/jam dan 0.07/jam, (Yp/s) sebesar 0.17±0.01 g bioetanol/g substrat selulosa, dan laju produksi etanol sebesar 0.09±0.00 g L-1 jam-1. Produksi bioetanol dengan teknik SSF direkayasa II dilakukan dengan menginokulasikan kultur Trichoderma reesei di awal proses. Selanjutnya pada jam ke 36 dilakukan pengalihan kondisi aerasi, dari kondisi aerobik menjadi anaerobik (aerasi dihentikan) serta inokulasi kultur Saccharomyces cerevisiae. Teknik ini menghasilkan etanol sebesar 7.99±0.62 g L-1. Kinetika kultivasi meliputi; nilai laju pertumbuhan maksimum gabungan (μ maks) sebesar 0.01/jam, laju pertumbuhan sel maksimum (μ N maks) kapang dan khamir sebesar 0.03/jam dan 0.04/jam, (Yp/s) sebesar 0.30±0.08 g bioetanol/g substrat selulosa, laju produksi etanol sebesar 0.12±0.00 g L-1 jam-1. Hasil terbaik pada penelitian ini yaitu produksi bioetanol menggunakan teknik Sakarifikasi dan Fermentasi Simultan (SSF) direkayasa I. Teknik SSF direkayasa I terbukti mampu meningkatkan produksi bioetanol dibandingkan dengan penelitian menggunakan teknik konvensional ataupun rekayasa II, yaitu sebesar 10.74±0.97 g L-1. Pada jam ke 36 dilakukan pengalihan kondisi aerasi, dari kondisi aerobik menjadi anaerobik. Kinetika kultivasi meliputi; nilai laju pertumbuhan spesifik maksimum gabungan (μ maks) sebesar 0.01/jam, laju pertumbuhan sel maksimum (μ N maks) kapang dan khamir sebesar 0.03/jam dan 0.06/jam, (Yp/s) sebesar 0.33±0.05 g bioetanol/g substrat selulosa, serta laju produksi etanol sebesar 0.15±0.00 g L-1 jam-1.