Produksi Bioethanol Berbahan Baku Biomassa Lignoselulosa : Hidrolisis Enzimatis


Baca juga: Pendahuluan | Pretreatment | Hidrolisis Asam |Hidrolisis Enzimatis| Fermentasi | Purifikasi | Literatur


Selama Perang Dunia ke II ditemukan fungi yang menghancurkan baju dan tenda. Fungi tersebut adalah Trichoderma reseii yang menghasilkan enzim selulase dan dapat menghidrolisis selulosa (Hamelinck, Hooijdonk, & Faaij, 2005). Aplikasi hidrolisis menggunakan enzim secara sederhana dilakukan dengan menganti tahap hidrolisis asam dengan tahap hidrolisis enzim selulosa. Hidrolisis enzimatis memiliki beberapa keuntungan dibandingkan hidrolisis asam, antara lain: tidak terjadi degradasi gula hasil hidrolisis, kondisi proses yang lebih lunak (suhu rendah, pH netral), berpotensi memberikan hasil yang tinggi, dan biaya pemeliharaan peralatan relative rendah karena tidak ada bahan yang korosif (Taherzadeh & Karimi, 2007) (Hamelinck, Hooijdonk, & Faaij, 2005). Beberapa kelemahan dari hidrolisis enzimatis antara lain adalah membutuhkan waktu yang lebih lama, dan kerja enzim dihambat oleh produk. Di sisi lain harga enzim saat ini lebih mahal daripada asam sulfat, namun demikian pengembangan terus dilakukan untuk menurunkan biaya dan meningkatkan efisiensi hidrolisis maupun fermentasi (Sanchez & Cardona, 2007).

Struktur lignoselulosa membentuk penghambat alami terhadap degradasi oleh mikroba maupun oleh enzim. Penurunan kecepatan reaksi ditemukan pada hidrolisis enzimatis selulosa murni. Beberapa penyebab dari penurunan kecepatan reaksi ini antara lain adalah: penghambatan balik oleh produk, deplesi oleh bagian yang mudah terdegradasi (kemungkinan deplesi oleh bagian amorphous selulosa), inaktivasi enzim, dan ikatan atau penjerapan tidak produktif selulase di dalam pori-pori selulosa. Secara umum penghambatan dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok, yaitu: pertama terkait dengan struktur lignoselulosa, dan kedua terkait dengan mekanisme dan interaksi enzim (Palonen, 2004) (Zhu, O’Dwyer, Chang, Granda, & Holtzapple, 2008).

Beberapa karakteristik fisik structural lignoselulosa yang menghambat hidrolisis enzimatis antara lain: kristalinitas (crystalinity), derajat polimerasi, susunan struktur selulosa (I, II, III, V, atau X), ukuran dan distribusi pori-pori, luas permukaan kontak, derajat pemekaran (swelling), dan komposisi structural (kandungan dan distribusi lignin) (Palonen, 2004). Peningkatan dan penurunan hasil hidrolisis diketahui berkaitan dengan peningkatan kristalinitas dari berbagai substrat lignoselulosa yang berbeda (Sasaki et al., 1979). Studi terbaru oleh (Zhu, O’Dwyer, Chang, Granda, & Holtzapple, 2008) menemukan bahwa kristalinitas dan kandungan lignin paling berpengaruh terhadap kemudahan lignin dihirolisis. Namun diketahui pula bahwa jika kristalinitas rendah, kandungan lignin tidak terlalu berpengaruh.

Kemudahan diakses (accessibility) substrat lignoselulosa memainkan peranan penting pada peningkatan hidrolisis enzimatik. Selulosa memiliki permukaan eksternal (bentuk dan ukuran partikel) dan internal (struktur kapiler serat). Pada selulosa yang tidak diperlakukan, hanya sebagian kecil dari pori-pori yang dapat diserang oleh selulase (…………). Grethelin (1985) menunjukkan bahwa penghilangan hemiselulosa menghasilkan peningkatan volume pori-pori yang dapat diakses dan area permukaan spesifik. Ukuran pori-pori juga diketahui berkaitan dengan derajat pemekaran (degree of swelling) (Stone and Scalla, 1969 di dalam (Palonen, 2004)). Beberapa studi juga menemukan bahwa pengeringan bahan lignoselulosa berakibat dari hilangnya kapilaritas dinding sel dan berkurangnya ukuran pori-pori menurunkan efektivitas hidrolisis enzimatis (Esteghlalian et al., 2001).
Beberapa literature menyebutkan bahwa kandungan dan distribusi lignin berpengaruh pada hidrolisis enzimatis. Konversi enzimatik yang tinggi dari selulosa ditemukan pada kayu lunak (Douglas fir) yang telah didelignifikasi, seperti kraft pulp (kandungan lignin 4%) atau mekanikal pulp (kandungan lignin 8%) (Mooney et al., 1998). Delignifikasi kayu Douglas fir (telah diperlakukan dengan uap panas (steam-explosion)) dengan peroksida alkali panas dapat meningkatkan hasil hidrolisis di mana kandungan lignin tinggal 8.2%). Selain itu rekoveri enzim setelah hidrolisis enzimatis juga meningkat (Lu et al., 2002). Di sisi lain, penghilangan sebagian lignin (kandungan akhir lignin 32-36%) dari kayu lunak (telah diperlakukan dengan uap panas) dengan perlakuan NaOH menurunkan hasil hidrolisis (Wong et al., 1988; Schell et al., 1998). Hasil yang sama juga diperoleh dari penghilangan lignin dengan proses delignifikasi oksigen menggunakan NaOH dimana kecepatan dan hasil hidrolisis menurun. Namun pada kasus kraft pulp dari kayu lunak, peningkatan hasil hidrolisis berkorelasi dengan peningkatan derajat delignifikasi (Draude et al., 2001). Dengan demikian, penghilangan lignin sebagian terlihat membuat kayu (yang telah diperlakukan dengan uap) menjadi lebih sulit untuk dihidrolisis. Salah satu penjelasan dari fonomena adalah terjadi redeposisi dari lignin yang tidak terekstrak ke pori-pori dan permukaan selulosa (Wong et al., 1998).

Download buku dan referensi lain: Klik Di Sini.


Referensi yang berkaitan:
cellulosic cell wall
Posted from WordPress for Android

Advertisements

22 responses to “Produksi Bioethanol Berbahan Baku Biomassa Lignoselulosa : Hidrolisis Enzimatis

  1. Pingback: Produksi Bioethanol Berbahan Baku Biomassa Lignoselulosa: Pretreatment « isroi

  2. pa, saya mahasiswa PTN di Bandung. kebetulan sedang melakukan penelitian bioetanol lignoselulosa juga.
    saya ingin tanya, bagaimana dengan hidrolisis enzimatik dengan tricoderma. bagaimana cara memisahkan glukosa yang dihasilkan?

    mohon bantuannya,]
    kalau bisa tolong kirim referensinya ke email saya.

    terima kasih banyak.

  3. Bpa,sya mhasiswi yg sdang pnelitian bioethanol lignoselulosa juga,,
    apakah bapa punya referensi tentang hidrolisis dengan viscozym????
    sya tunggu balasannya,,,
    trima kasih atas perhatian dan bantuannya,,,

  4. assalamualaikum,
    pak, saya sedang akan penelitian tentang bioetanol dari ganggang,,,
    mungkin bapak bisa bantu cari referensi?
    terimakasih

  5. pak..saya lagi riset bioetanol dari serat sagu, mungkin bapak bisa kasih saran penggunaan enzim apa yang tepat untuk menghilangkan lignin dari seratnya..

    makasih

  6. pak, sy mahasiswa UM,
    Saya mau nanya, apa kelebihan dan kekurangan hidrolisis amilum, baik secara asam maupun secara enzimatik. mohon bantunnya. terimakasih banyak

  7. ass, pak sya lg pnelitian ttg optimasi hidrolisis pati sagu dan btuh literatur. mkasih

  8. Ass, Pak
    Pak, numpang tanya mengenai penelitian saya: Pretreatment sekam padi dengan Metode Alkali Peroksida dalam pembuatan Bioetanol. Maaf, saya punya banyak pertanyann pak. ^_^

    Setau saya, sekam padi mengandung banyak silika, apakah itu akan mengganggu hidrolisis enzimatik? Pak, saya masih bingung mengenai reaksi delignifikasi dengan Alkali Peroksida. Saat dipretreatment dengan H2O2 suasana basah, sebenarnya lignin pecah seperti apa,pak? bagaimana bisa larut, sementara selulosanya tidak? yang saya tau hanya pembentukan HOO radikal, tapi saya bingung bagaimana ligninnya pecah? jadi apa? Selain itu, jika tidak semua lignin dapat lepas dari selulosa, apakah lignin tetap dianggap sebagai penghambat? kan lapisan lignin yang menghalangi selulosa sudah pecah, jadi, walaupun di selulosa masih ada lignin, enzim tetap bisa masuk.

    Pak, analisa lignin untuk sekam, selain dengan metode klason (H2SO4 72%) apakah ada cara lain yang mudah? Apa perlu ada ekstraksi alkohol benzene sebelum analisis sekam? Selain itu, untuk metode klason, saya bingung, mengapa H2SO4 (untuk menghilangkan karbohidrat) yang dipakai sangat pekat, apakah sekam yang dianalisa tidak akan hangus atau pecah juga?

    Terimakasih banyak ya Pak, sukses selalu
    ^0^

    • Saya belum pernah melakukan pretreatment dengan H2O2. Ada beberapa literatur yang membahas tentang hal itu. Coba dicari di bibliografi yang sudah saya buat. Atau cari di google. Kalau saya punya literaturnya akan saya kirimkan. Bisa dibaca dan dipelajari sendiri.
      Yang saya tahu peroksida adalah oksidator kuat. Reaksi pemecahan lignin adalah reaksi oksidasi. Mekanisme yang sama juga dilakukan oleh enzim ligninolitik. Cuma untuk peroksida saya tida tahu rantai mana yang dipecah, mungkin memecahnya acak.
      Reaksi pemecahan selulosa adalah reaksi hidrolisis (pemecahan dengan air), jadi bukan reaksi oksidasi. Karena itu selulosa tidak ikut pecah karena penambahan peroksida. Lignin yang bisa dilarutkan tergantung pada efisiensi pretreatmennya. Mungkin masih ada yang tertinggal, mungkin masih ada yang tersisa. Untuk mengetahui apakah sisa ligninnya menghambat reaksi hidrolisis enzymatis ya harus dilakukan percobaan dulu. apakah hasilnya menunjukkan ada hambatan atau tidak?
      Ada beberapa metode analisa lignin, salah satunya adalah metode Chesson (Datta, 1981). Bisa juga pakai HPLC. Ekstraksi alkohol benzene untuk menghilangkan zat ekstraktif pada bahan lignoselulosa.
      H2SO4 hanya melarutkan lignin dan tidak melarutkan selulosa, tetapi sebagian hemiselulosa mungkin akan terlarut.
      Semoga membantu.

  9. Ass wrwb …
    Pak,, saya seorang mahasiswa yg akan penelitian Bioetanol dari Tandan Kosong kelapa Sawit (TKKS) menggunakan hidrolisis enzimatik.. saya mau tanya enzim yang cocok untuk proses trsebut apa??? Jenis-jenis enzim yang ada apa saja ??? dan dimana saya bisa mendapatkan enzim tersebut ??
    terimakasih bnyak pak … maaf kalo pertnyaan banyak … mohon bapak balas di email saya saja ..
    terima kasih sebelum nya…

  10. Pingback: Produksi Bioethanol Berbahan Baku Biomassa Lignoselulosa : Fermentasi | Berbagi Tak Pernah Rugi

  11. Pak Isroi’, dimana bisa beli enzim selulase dan xilanase yang crude ? Dan berapa kira-kira harganya ?
    Trm ksh

  12. Aslkm
    Apa kabar pak? sy mau tanya…
    Dalam literatur utama Tugas akhir yg sy pakai, pretreatment dilakukn 2x. Pertama dg acid pretreatment. Kedua dg steam explosion.
    Yg mw sy tanyakan bagaimana persamaan reaksinya??
    Lignin + as.sulfat ->
    Lignin + so2 ->

    Trma ksh

  13. asslamualaikum
    pak mau tanya hubungan antara nilai kadar glukosa yang dihasilkan dengan volume enzim yang digunakan itu bagaimana?

    • Wa’alaikum salam.
      Saya kurang jelas dengan maksud pertanyaannya. Dosis enzyme yang lebih tepat bukan volumenya tetapi aktivitasnya. Misalnya berapa fpu/g substrat. Kalau volumenya bisa beda-beda setiap enzyme. Pernyataan ini juga tidak jelas ‘nilai kadar glukosa’. Apakah yang dimaksud adalah ‘kosentrasi glukosa’?
      Maaf tidak bisa menjawab pertanyaannya.

  14. pak kira-kira punya literatur tentang bioetanol dari makroalga jenis cottoni..?
    terimakasih pak

  15. selamat siang pak.
    Maaf pak mau tanya, bapak tau info toko kimia yang menjual enzim selulase tidak?
    Saya sedang mengerjakan Tugas Akhir mengubah rumput menjadi bioetanol. Enzim yang tepat untuk menghidrolisis rumput tersebut kira2 apa ya pak? Terimakasih.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

w

Connecting to %s