Download Dokumen
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar
Belakang
Biomassa
adalah bahan organik yang
dihasilkan melalui proses fotosintesis, baik berupa produk maupun buangan.
Contoh biomassa antara lain tanaman, pepohonan, rumput, ubi, limbah
pertanian, limbah hutan, tinja, dan kotoran ternak. Selain digunakan untuk bahan pangan, pakan
ternak, minyak nabati, bahan bangunan dan sebagainya, energi (bahan bakar).
Biomassa yang umum digunakan adalah yang memiliki nilai
ekonomis rendah atau merupakan
limbah setelah diambil produk primernya. Biomassa merupakan sumber energi terbarukan
dan berkelanjutan memiliki potensi yang
sangat besar 146,7 juta ton per tahun. Sementara potensi Biomassa yang berasal
dari sampah untuk tahun 2020 diperkirakan sebanyak 53,7
juta ton. Peningkatan penggunaan biomassa dari limbah
dapat mengurangi tingkat polusi di dunia dengan mengkonversi sampah menjadi
sumber energi yang berguna. Penggunaan
biomassa merupakan pilihan yang lebih ramah lingkungan bila dibandingkan dengan menggunakan bahan bakar fosil, sekaligus dapat
membantu mengurangi tingkat total emisi gas rumah kaca.Sumber biomassa dapat
ditemukan di semua negara di dunia. Banyak teknologi berbeda yang dapat
digunakan untuk mengkonversi energy biomassa menjadi bentuk
energi yang berguna (Parinduri, 2020).
Data
BPS tahun 2015, produksi kelapa sawit di Indonesia mencapai 31,07 juta ton per
tahun. Sebesar 23% dari total produksi kelapa sawit tersebut merupakan Tandan
Kosong Kelapa Sawit (TKKS). Hanya 10% dari TKKS yang sudah dimanfaatkan untuk
bahan bakar boiler dan kompos padahal banyak sekali produk yang bisa dibuat dari
hasil pengolahan TKKS. Salah satu pemanfaatan TKKS adalah dengan mengekstraksi
selulosa sebagai bahan baku bioplastik ramah lingkungan. Hal ini akan membantu
permasalahan lingkungan yang ditimbulkan oleh kelapa sawit dan pemakaian
plastik sudah sangat banyak. Kandungan selulosa dalam TKKS sebesar 30-40% berat (Dewanti, 2018). Pada perkebunan kelapa
sawit salah satu bahan pupuk organik yang ketersediaannya masih banyak dan
dapat diharapkan dapat menggantikan peran pupuk anorganik adalah tandan kosong
kelapa sawit yang dapat dijadikan sebagai kompos. Tandan kosong kelapa sawit
(TKKS) merupakan limbah padat yang dihasilkan dari proses pengolahan kelapa
sawit, TKKS dengan jumlah yang banyak memiliki potensi untuk dapat dijadikan
sebagai kompos serta diharapkan dapat memperbaiki sifat fisik, biologi dan
kimia dari subsoil ultisol
(Adiguna, 2020)
Tandan kosong kelapa sawit memiliki
komposisi kimia berupa selulosa 45,95%, hemiselulosa 22,84%, lignin 16,49%,
minyak 2,41% dan abu 1,23%. Selama ini pemanfaatan limbah tandan kosong kelapa
sawit sangat terbatas yaitu sebagai sumber kalium setelah proses pembakaran
(Adiguna, 2020).
Salah satu bahan yang sangat penting dari TKKS yang bisa dimanfaatkan menjadi
produk lain yang bernilai tinggi adalah selulosa. Selulosa merupakan polimer
alam yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan kain, bioetanol, dan
bioplastik dengan mensintesisnya menjadi selulosa asetat. Selulosa yang
terkandung dalam TKKS adalah 38,76% (Bahmid,
2014).
Kromatografi
cair berperforma tinggi/high performance
liquid chromatography (HPLC) merupakan salah satu teknik kromatografi untuk
zat cair yang biasanya disertai dengan tekanan tinggi. Seperti kromatografi
pada umumnya, HPLC berusaha untuk memisahkan molekul berdasarkan afinitasnya
terhadap zat padat tertentu. Cairan yang akan dipisahkan merupakan fase cair
dan zat padatnya merupakan fase diam (stasioner). Teknik ini sangat berguna
untuk memisakan beberapa senyawa sekaligus karena setiap senyawa mempunyai
afinitas selektif antara fase diam tertentu dan fase gerak tertentu. Dengan
bantuan detektor serta integrator kita akan mendapatkan kromatogram.
Kromatogram memuat waktu tambat serta tinggi puncak suatu senyawa. Berdasarkan
uraian diatas, maka disusun makalah tentang ekstraksi dan identifikasi selulosa
dalam Tandan
Kosong Kelapa Sawit (TKKS).
1.2.
Rumusan Masalah
Rumusan masalah
dalam makalah ini adalah
1.
Bagaimana metode
ektraksi selulosa dari TKKS?
2.
Apakah komposisi
hasil ektraksi selulosa dari TKKS?
1.3. Tujuan
Tujuan dalam
makalah ini adalah
3.
Mempelajari metode
ektraksi selulosa dari TKKS?
4.
Mengetahui
kandungan komposisi hasil ektraksi selulosa dari TKKS?
BAB II
HASIL DAN
PEMBAHASAN
2.1. Ekstraksi Selolula TKKS
Selulosa adalah komponen
utama dari limbah biomassa dan pemanfaatan yang efisien dari komponen bernilai
tambah dan yang tinggi di masa depan untuk pemanfaatan limbah biomassa. Salah
satu sumber selulosa adalah Tandan kosong kelapa
sawit (TKKS). TKKS merupakan limbah terbesar dihasilkan oleh industri Crude
Palm Oil (CPO) dan perkebunan kelapa sawit yang mencapai 30-35% dari
berat tandan buah segar setiap kali panen (Hambali et al., 2007). Kandungan utama TKKS adalah lignoselulosa yang terdiri dari
selulosa (44,2%), hemiselulosa (33,5%) dan lignin (20,4%) (Hamzah et al., 2011). TKKS menunjukkan kandungan selulosa yang tinggi, yang menjadikan
biomassa ini sebagai bahan baku yang menjanjikan untuk produk biomaterial dan biofuel
(Malucelli et al., 2017).
Secara umum, metode ekstraksi selulosa dari bahan limbah biomassa dapat diklasifikasikan dalam empat kategori (Gambar 1.) diantaranya fisik, kimia, biologi dan metode gabungan dari salah satu dari dua metode bersama-sama untuk keuntungan yang saling melengkapi, di mana sangat sedikit upaya yang dilakukan pada metode biologis untuk mengekstrak selulosa dari limbah biomassa karena pertimbangan ekonomi atau efisiensi dalam pemrosesan (Yu et al., 2021).
Gambar 1. Metode ekstraksi selulosa dari
bahan limbah biomassa
Metode kimia adalah
metode ekstraksi yang paling banyak digunakan untuk mendapatkan nanoselulosa
dari biomassa (Gambar 1). Moriana et al. (2016), memperoleh cellulose nanocrystals (CNCs) dari residu penebangan hutan kayu lunak (logging
residues) seperti serpihan kayu, cabang dan jarum pinus dengan alkaline
treatment (4,5 wt% NaOH, 80 °C selama 2 jam), bleaching treatment dan hidrolisis asam (65 wt% asam sulfat, 45 °C selama
40 menit). CNCs memiliki rasio aspek tinggi (> 10) dan kristalinitas
sehingga berpotensi besar untuk aplikasi dalam penguatan material komposit.
Tahapan awal dalam
ekstraksi selulosa TKKS yaitu preparasi sampel biomassa. TKKS dikumpulkan dan dicuci dengan air untuk menghilangkan
kotoran. TKKS dipotong-potong dan dikeringkan di bawah sinar matahari selama
8-10 hari. TKKS bebas kelembaban secara terpisah dihancurkan dan digiling
menjadi bubuk halus untuk meningkatkan luas permukaan dan lebih efisien. TKKS dihaluskan
dengan partikel saringan 100 mesh (Kumar et al., 2020). Tahapan kedua
yaitu ekstraksi soxhlet bertujuan untuk
menghilangkan lilin, asam lemak, zat fenolik dan klorofil. TKKS sebanyak 15 g ditambahkan campuran benzena dan metanol 2:1
(v/v) kemudian soxhletasi selama 6
jam (Malucelli et al., 2017).
Tahapan ketiga yaitu ektraksi selulosa TKKS bertujuan untuk pemisahan
selulosa dan lignin pada biomassa dengan menggabungkan metode kimia alkali dengan
microwave (MW). Metode kimia alkali
memiliki kelemahan yaitu waktu reaksi yang lama, hasil yang rendah dan energi
yang tinggi serta konsumsi bahan kimia yang korosif. MW adalah metode yang
sangat baik untuk membantu menghasilkan hasil yang tinggi dan laju reaksi yang
cepat dalam proses ektraksi. Oleh karena itu, metode ekstraksi gelombang mikro
telah dinyatakan sebagai metode ekstraksi kimia hijau yang ramah lingkungan. Efek
gelombang mikro dalam ekstraksi selulosa memainkan peran penting dalam
morfologi selulosa yang dihasilkan (Ma et al., 2012).
Ektraksi selulosa TKKS
merupakan metode dari modifikasi dalam penelitian Ganguly et al., (2020),
(Punnadiyil et al.,
2016)
dan Sari et al., (2018). TKKS halus ditimbang sebanyak 25 g dan dicampurkan
750 mL Natrium hidroksida (NaOH) 0,5 M kemudian dipanaskan dalam microwave (MW) pada daya 300 watt (suhu 90 °C) selama 1 jam. Bubur hitam pekat yang diperoleh disaring dan dicuci
beberapa kali dengan air suling kemudian dikeringkan.
Residu direfluks dengan campuran yang
mengandung larutan HNO3 20% dalam pelarut etanol. Perlakuan ini
dilakukan dua-tiga kali berturut-turut hingga berubah warna dari coklat menjadi
kuning. Campuran kemudian disaring dan dicuci dengan air suling dingin sampai
larutan menjadi netral. Residu kuning kemudian diputihkan dengan Natrium sulfit
(Na2SO3) 10% untuk untuk mendapatkan selulosa berwarna
putih pudar. Selulosa yang diperoleh dalam proses tersebut dikeringkan pada
suhu 100 °C selama 4-5 jam
untuk mendapatkan serbuk selulosa yang halus.
2.1. Analisis
Komposisi dengan High
Performance Liquid Chromatography (HPLC)
Analisis komposisi
monosakarida dari selulosa dari TKKS dilakukan dengan mengolah 5 mg selulosa dicampurkan
dalam 1 mL asam tri-fluro-asetat (TFA) 2 M dalam tabung Eppendorf 1,5 mL dan memanaskan dalam penangas air mendidih selama
3 jam. Selulosa terhidrolisis disimpan dalam oven pada 80 °C selama 12 jam
untuk menghilangkan sisa TFA. Sampel selulosa terhidrolisis TFA kering dicampur
dalam 500 mL Milli-Q water dan
disaring (ukuran pori: 0,22 µm).
Kemudian sampel dianalisis dengan HPLC
(UFLC, Prominence, Shimadzu, Jepang) menggunakan detektor RI dengan kolom pelindung
(50 × 7.8 mm), diikuti dengan kolom pemisahan yang terhubung Rezex ROA (H+)
(300 × 7,8 mm). Elusi dilakukan dengan larutan H2SO4
0,005 N sebagai fase gerak pada 70 °C pada laju alir 0,5 mL/menit selama 90
menit waktu per sampel. Masing-masing 1 mg/mL glukosa, xilosa, arabinosa atau
asam glukuronat digunakan sebagai standar untuk penentuan komposisi (Khaire et al., 2021).
Analisis komposisi monosakarida selulosa
yang dipisahkan oleh HPLC dikaji dari metode ekstraksi dengan biomassa ampas
tebu menunjukkan adanya D-glukosa 91%, D-xylose 7,5% dan residu D-arabinosa
1,5% (Khaire et al., 2021). Analisis komposisi monosakarida selulosa dari
biomassa TKKS dengan metode ektraksi enzimatik menunjukkan adanya D-glukosa 30.9%,
D-xylose 18.2% dan residu D-arabinosa 2.46% (Rosli et al., 2017). Sedangkan penelitian Hamzah et al. (2011), hasil analisis HPLC menunjukkan adanya D-glukosa 36,1%,
D-xylose 22,4% dan residu D-arabinosa 2,7%
KESIMPULAN
Berdasarkan dari pembahasan dalam makalah ini maka dapat disimpulkan bahwa ektraksi selulosa pada biomassa dengan menggabungkan metode kimia alkali dengan microwave (MW). Metode kimia alkali memiliki kelemahan yaitu waktu reaksi yang lama, hasil yang rendah dan energi yang tinggi serta konsumsi bahan kimia yang korosif. MW adalah metode yang sangat baik untuk membantu menghasilkan hasil yang tinggi dan laju reaksi yang cepat dalam proses ektraksi. Hasil analisis HPLC menunjukkan adanya D-glukosa, D-xylose dan residu D-arabinosa.
DAFTAR PUSTAKA
Ganguly,
P., Sengupta, S., Das, P., Bhowal, A., 2020. Valorization of food waste:
Extraction of cellulose, lignin and their application in energy use and water
treatment. Fuel 280, 118581. doi: 10.1016/j.fuel.2020.118581
Hambali, E., Siti, M., Armansyah, H.T., Abdul, W.P., Roy, H.,
2007. Teknologi Bioenergi. Agromedia Pustaka, Jakarta Selatan.
Hamzah, F., Idris, A., Shuan, T.K., 2011. Preliminary study
on enzymatic hydrolysis of treated oil palm (Elaeis) empty fruit bunches fibre
(EFB) by using combination of cellulase and β 1-4 glucosidase. Biomass and
Bioenergy 35, 1055–1059. doi: 10.1016/j.biombioe.2010.11.020
Khaire, K.C., Moholkar, V.S., Goyal, A., 2021. Separation and
characterization of cellulose from sugarcane tops and its saccharification by
recombinant cellulolytic enzymes. Prep. Biochem. Biotechnol. 51,
811–820. doi: 10.1080/10826068.2020.1861011
Kumar, A., Singh Negi, Y., Choudhary, V., Kant Bhardwaj, N.,
2020. Characterization of Cellulose Nanocrystals Produced by Acid-Hydrolysis
from Sugarcane Bagasse as Agro-Waste. J. Mater. Phys. Chem. 2, 1–8. doi:
10.12691/jmpc-2-1-1
Ma, M.G., Fu, L.H., Sun, R.C., Jia, N., 2012. Compared study
on the cellulose/CaCO3 composites via microwave-assisted method using different
cellulose types. Carbohydr. Polym. 90, 309–315. doi:
10.1016/j.carbpol.2012.05.043
Malucelli, L.C., Lacerda, L.G., Dziedzic, M., da Silva Carvalho
Filho, M.A., 2017. Preparation, properties and future perspectives of
nanocrystals from agro-industrial residues: a review of recent research. Rev.
Environ. Sci. Biotechnol. 16, 131–145. doi: 10.1007/s11157-017-9423-4
Moriana, R., Vilaplana, F., Ek, M., 2016. Cellulose
Nanocrystals from Forest Residues as Reinforcing Agents for Composites: A Study
from Macro- to Nano-Dimensions. Carbohydr. Polym. 139, 139–149. doi:
10.1016/j.carbpol.2015.12.020
Punnadiyil, K.R., P, S.M., Purushothaman, E., 2016.
Crystallography: Special Emphasis on Applications in Chemistry Isolation of
microcrystalline and nano cellulose from peanut shells. J. Chem. Pharm. Sci.
16, 12–16.
Rosli, N.S., Harun, S., Jahim, J.M., Othaman, R., 2017.
Pencirian kimia dan fizikal bagi tandan kosong buah kelapa sawit. Malaysian
J. Anal. Sci. 21, 188–196. doi: 10.17576/mjas-2017-2101-22
Sari, P.D., A., P.W., D, H., 2018. Delignifikasi Bonggol
Jagung dengan Metode Microwave Alkali. Jurnal-Jurnal Pertan. AGRIKA 1,
164–172.
Yu, S., Sun, J., Shi, Y., Wang, Q., Wu, J., Liu, J., 2021.
Nanocellulose from various biomass wastes: Its preparation and potential usages
towards the high value-added products. Environ. Sci. Ecotechnology 5,
100077. doi: 10.1016/j.ese.2020.100077
Comments
Post a Comment