Pembuatan Asam Laktat dari Limbah TKKS (Empty Bunch Fruit) dengan Hidrolisis Enzimatik oleh T. reseei dan Fermentasi oleh Lb. acidhophillus Fashya Larasati*, Khoirun Nisa Sahid* *Jurusan Teknik Kimia UNTIRTA Jl. Sudirman Km 03 Cilegon Banten
Abstrak TKKS (Tandan Kosong Kelapa Sawit) adalah salah satu produk samping pabrik kelapa sawit yang jumlahnya sangat melimpah dan memiliki potensi diolah. Komponen dalam TKKS (Tandan Kosong Kelapa Sawit) terdiri dari selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Penelitian inimengkaji tentang potensi TKKS untuk digunakan sebagai bahan baku dalam industry pembuatan asam laktat. Diawali dengan menghidrolisis padatan TKKS dengan metode enzimatik oleh bakteri bakteri hidrolisa yaitu T. reseei untuk menghasilkan glukosa yang kemudian akan difermentasikan menjadi asam laktat oleh bakteri Lb. achidhophillus.
Keyword: Hidrolisis Enzimatik; EB; Inokulasi Bakteri; Fermentasi
Pendahuluan Kelapa sawit sebagai tanaman penghasil minyak sawit dan inti sawit merupakan salah satu primadona tanaman perkebunan yang menjadi sumber penghasil devisa non migas bagi Indonesia. Cerahnya prospek komoditi minyak kelapa sawit dalam perdagangan minyak nabati dunia telah mendorong pemerintah Indonesia untuk memacu pengembangan areal perkebunan kelapa sawit. Berkembangnya sub‐sektor perkebunan kelapa sawit di Indonesia tidak lepas dari adanya kebijakan pemerintah yang memberikan berbagai insentif, terutama kemudahan dalam hal perijinan dan bantuan subsidi investasi untuk pembangunan perkebunan rakyat dengan pola PIR‐Bun dan dalam pembukaan wilayah baru untuk areal perkebunan besar swasta. [1] Setiap pengolahan 1 ton TBS (Tandan Buah Segar) akan dihasilkan Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) sebanyak 22 – 23% atau sebanyak 220 – 230 kg. Diperkirakan saat ini limbah TKKS di Indonesia mencapai 20 jutaton. [2] Umumnya pabrik kelapa sawit mengolah TKKS dengan dibakar untuk dijadikan kompos guna menghindari biaya transportasi pembuangan limbah. Selulosa yang dihaslkan dapat diubah menjadi sakrosa (glukosa dan pentosa) melalui
proses hidrolisis enzimatik (Sitorus,. 2011). Saat ini, bahan lignoselulosa dari agrikultur, agroindustri dan hasil hutan menunjukan potensi yang murah dan menyimpan karbohidrat untuk fermentasi asam laktat dalam skala besar dengan biaya yang rendah [3] Asam laktat dan turunannya telah banyak digunakan secara luas pada industri pangan, farmasi, kulit dan tekstil. Saat ini, asam laktat menjadi salah satu aplikasi paling menjanjikan untuk digunakan dalam pembuatan bahan plastik biodegradable karena berasal dari bahan baku biomassa yang ramah lingkungan dengan jumlah yang berlimpah. Dari yang dijabarkan diatas, dapat dikatakan bahwa pemanfaatan limbah TKKS belum dimaksimalkan dengan baik. Sedangkan jumlahnya terus meningkat seiring dengan semakin luasnya lahan kelapa sawit di Indonesia. Di lain hal asam laktat yang telah umum digunakan dalam berbagai bidang indusri mulai dikembangkan ke arah polimer biodegradable. Sehingga dibutuhkan sumber bahan baku terbarukan untuk memproduksi asam laktat secara berkelanjutan. Sehingga diharapkan dari penilitian ini, diketahui pengaruh persentase bakteri hidrolisis dengan menggunakan Trichoderma ressei dalam menghasilkan gula pada proses hidrolisis dan pengaruh persentase bakteri asam laktat dengan menggunakan Lactobacillus
acidhopillus terhadap kadar asam laktat yang dihasilkan. Fundamental Komponen bahan padat terbesar TKKS terdiri dari selulosa, hemiselulosa dan lignin dalam jumlah yang lebih kecil sehingga limbah TKKS ini disebut juga lignoselulosa. Komposisi kimiawi TKKS dapat dilihat pada tabel 2.1. Tabel 2.1 Komposisi kimiawi tandan kosong kelapa sawit Komponen
Persentase (%)
Selulosa
3.76
Hemiselulosa
14.62
Lignin
31.68
Extractive
1.34
Kadar abu
6.69 Sumber : [4]
. Fermentasi merupakan metoda yang paling banyak digunakan oleh industri untuk menghasilkan asam laktat. Sekitar 90 % total produksi asam laktat di seluruh dunia dibuat melalui fermentasi oleh bakteri dan sisanya diproduksi secara sintetis melalui hidrolisis lactonitrile [5] [6] Kisaran pH untuk memproduksi o asam laktat adalah 5,4-6,4 dan suhu 38-42 C serta konsentrasi oksigen rendah. Reaksi pembuatan asam laktat :
Beberapa penelitian menunjukan bahwa hidrolisa dan fermentasi dapat dilakukan secara simultan dalam satu tahapan proses biologis dengan satu bioreaktor. Fermentasi dilakukan dengan proses batch, selama 4 sampai 6 hari. Yield laktat yang diperoleh dari dekstrosa ataupun karbohidrat diperkirakan 90% (w/w) [7] Metodologi Prosedur penelitian dimulai dengan inokulasi Trichoderma reesei yang berperan dalam mengubah selulosa menjadi glukosa dan Lactobacillus delbrueckii yang mengkonversikan glukosa menjadi asam laktat. •
Inokulasi Trichoderma reesei
Trichoderma reesei dimasukkan ke dalam erlenmeyer 500 ml yang diisi dengan 60 mL media yang mengandung 20 g/L glukosa, 4,7 g/L ekstrak yeast, 2 g/L KH 2 PO 4 , 0,3 g/L CaCl 2 . 2H 2 O, 0,3 g/L MgSO 4 .7H 2 O, 1 ml/L Tween 80, 5 mg/L FeSO 4 . 7H 2 O, 3,7 mg/L CoCl 2 . 7H 2 O, 1.56 mg/L MnSO 4 . H 2 O dan 1,4 mg/L ZnSO 4 .7H 2 O (pH 5,4), pada shaker dengan putaran 200 rpm suhu 28 ° C selama 24 jam. • Inokulasi Lactobacillus acidophilus
C 6 H 12 O 6 + 2 ADP + 2 H 3 PO 4 Glukosa + 2 CH 3 COCOOH + 2ATP + 2 H 2 O + 4 H Asam piruvat
+ 2 CH 3 COCOOH + 2 NADH + 2 H Asam piruvat + 2 CH 3 CHOHCOOH + 2 NAD Asam laktat
Lb. acidophilus dimasukkan ke dalam erlenmeyer 200 ml yang berisikan 100 ml media yang mengandung 20 g/L glukosa, 10 g/L pepton bakteriologis, 10 g/L ekstrak daging sapi, 5 g/L ekstrak yeast, 5 g/L natrium asetat, 2 g/L natrium sitrat, 2 g/L K 2 HPO 4 , 1 mL/L Tween 80, 0,58 g/L MgSO 4 .7H 2 O, 0,12 g/L MnSO 4 .H 2 O, dan 20 g/L agar (pH 6,4). Lactobacillus acidophilus dibiakan pada suhu 45°C selama 20 jam. • Persiapan bahan baku TKKS dikeringkan dengan sinar matahari dan kemudian dicincang dengan ukuran partikel 1-3 mm. TKKS yang telah dicincing kemudian dihancurkan dengan menggunakan pulverizer.
Pretreatment TKKS TKKS yang telah dihancurkan dengan pulverizer dimasukkan ke dalam cawan dan dilakukan pretreatment dengan menambahkan air 10%b/b, NaOH 10%b/b. Pretreatment dilakukan pada temparatur o 140-145 C selama 30 menit. Kemudian dilakukan pencucian dengan menggunakan air dan dilakukan pemisahan antara padatan dan air dengan menggunakan vakum filtrasi. TKKS yang telah dipretreatment kemudian ditambahkan air dan dilakukan netralisasi dengan menggunakan H 2 SO 4 97% sampai pH 7-9. Setelah itu dilakukan sterilisasi dengan o pemanasan 80 C. Sampel diambil untuk dianalisa kadar selulosa dan ligninnya.
Bahan dan Alat Penelitian • Bahan Bahan yang digunakan adalah TKKS yang berasal dari PTPN VIII, Serang-Banten, jamur Trichoderma reesei dan Lactobacillus acidophilus yang berasalop dari laboratorium mikrobiologi ITB, media pertumbuhan mikroba (Merck), NaOH, H 2 SO 4 (Merck), CaCO 3 dan Ca(OH) 2 . • Alat Alat yang digunakan adalah bioreaktor anaerob yang terbuat dari kaca, pH meter, pulverizer, alatalat gelas ( gelas ukur, beaker dan lain-lain ), serta alat analisa berupa HPLC dengan kolom XDB C18 dan spektrofotometer.
• Hidrolisa
Variabel Penelitian
TKKS yang telah disterilisasi dan berbentuk bubur dimasukkan ke dalam bioreaktor dan dicampur dengan inokulum Trichoderma reesei dengan rasio substrat dan mikroorganisme 1, 3 dan 5% b/b. Hidrolisa dilakukan selama 3 hari. Konsentrasi glukosa dianalisa dengan menggunakan spektrofotometri.
Dalam penelitian tahun pertama ini terdapat variabel tetap dan bebas, dimana variabel tetapnya meliputi massa dan ukuran serbuk TKKS yang digunakan yaitu 100 gram dan 1-3 mm, sedangkan variabel bebas meliputi massa inokulum jamur Trichoderma reesei dan Lactobacillus acidophilus yang digunakan yaitu 1, 3 dan 5 gram dan analisa sampel dilakukan setiap 24 jam
• Fermentasi Setelah melalui proses hidrolisa, hidrolisat TKKS ditambahkan Lactobacillus acidophilus sebanyak 1, 3 dan 5% (b/b) dari TKKS. Pada saat awal ditambahkan CaCO 3 pada medium fermentasi untuk menjaga pH medium berkisar 4.7-5.9. Bioreaktor diinjeksikan nitrogen untuk mengusir oksigen yang ada. Proses fermentasi dilakukan selama 5 hari dan dilakukan analisa kadar glukosa terfermentasi dan asam laktat setiap 24 jam sekali menggunakan HPLC. • Pemurnian Asam Laktat Proses pemurnian dilakukan dengan menambahkan kalsium hidroksida (Ca(OH) 2 ) 1% b/b dari cairan hasil fermentasi, sehingga terbentuk Ca-laktat. Kemudian dilakukan penyaringan. Untuk mendapatkan asam laktat, kalsium laktat selanjutnya diasamkan dengan menambahkan larutan asam sulfat 0,01M pada temperatur 70°C sehingga menghasilkan asam laktat dan kalsium sulfat (gipsum). Gipsum dan asam laktat disaring sehingga asam laktat terpisah dari gipsum.
Metode Analisa Karakteristik bahan baku (TKKS) yang meliputi analisa selulosa dan lignin dilakukan di laboratorium Balai selulosa-Bandung, analisa kadar glukosa hasil hidrolisa menggunakan spektrofotometer dengan metode standar adisi dan analisa asam laktat hasil fermentasi menggunakan High performance liquid chromatography (HPLC). Daftar Pustaka [1] Departemen Perindustrian 2007,www.kemenperin.go.id/
RI,
[2]PuslitbangPerkebunan.2012/perkebunan.litbang. pertanian.go.id/ [3] Buttris, J. 1997. Nutritional properties of fermented milk products. International Journal of Dairy Technology 50(1):21-27 [4] Sandine WE. 1979. Roles of Lactobacillus in the Intestinal Tract. J Food Protection 42(3):259-62
[5] Lynd, L. R., W. H. van Zyl, et al. (2005). "Consolidated bioprocessing of cellulosic biomass: an update." Current Opinion in Biotechnology 16(5): 577-583, 0958-1669 [6] Matsumoto, Ken'ichiro., Taguchi, Seiichi., Ooi, Toshihiko., Nduko, M. John. 2013. Peningkatan produksi poli (lactate- co -3-hidroksibutirat) dari xylose dalam rekayasa Escherichia coli yang mengekspresikan transporter galaktitol. [7] Rojan P. John., K. Madhavan Nampoothiri,. Ashok Pandey. 2008. L(+)-
Lactic acid recovery from cassava bagasse based fermented medium using anion exchange resins
