1. PRODUKSI MICROCRYSTALLYNE CELLULOSE DARI SERBUK KAYU
SENGON MELALUI BIODELIGNIFIKASI TRAMETES VERSICOLOR
MENGGUNAKAN PRETREATMENT SONIKASI DAN METODE
BLEACHING HIDROTERMAL
Cahyo Sunu Widagdo
NRP 6008211001
DOSEN PEMBIMBING
Dr. Ir. Sumarno, M.Eng
NIP. 196406081991021001
PROGRAM STUDI MAGISTER
TEKNOLOGI PROSES
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI DAN REKAYASA SISTEM
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
2022
2. LATAR
BELAKANG
Menurut Menteri Lingkungan
Hidup dan Kehutanan,
Luas hutan di Indonesia
mencapai 126 juta hektar
pada tahun 2021
29,3 % total hutan di
Indonesia merupakan
Hutan Produksi
Salah satu hasil hutan
produksi adalah Sengon
Sengon
(Paraserianthes falcataria (L.) Nielsen)
Sengon termasuk dalam fast growing
species dan memiliki potensi besar untuk
dimanfaatkan dalam industri
(Hartati dkk, 2010)
Industri pengolahan sengon pada
tahun 2020 memanfaatkan hutan
sengon seluas 97848 m3
Serbuk
Gergajian
3. LATAR
BELAKANG
Kadar Lignoselulosa
• Selulosa : 45,42 %
• Lignin : 26,5 %
• Hemiselulosa : 21 %
(Hartati, 2010)
MCC merupakan
selulosa yang disintesa
dari α-cellulose yang
banyak digunakan
dalam produk pangan
dan obat-obatan
(Hindi, 2016)
Kadar selulosa yang tinggi merupakan potensi besar untuk mengolah kembali
menjadi produk bernilai jual tinggi seperti Microcrystalline Celulose (MCC)
Delignifikasi Hidrolisis
Proses Delignifikasi
bertujuan untuk degradasi
lignin
Proses Hidrolisis bertujuan
untuk menghilangkan
struktur amorf selulosa
5. LATAR
BELAKANG
Pretreatment
Process
Biomass
delignification
Loss of Sugar Process
duration
Cost
evaluation
Environmenal
impact
Physical High High - High costs Negative
Chemical High High - High costs Negative
Fungal High Low 6-45 days Low costs Positive
Enzymatic High Low 2-48 h High costs Positive
(Bilal dkk, 2019)
Proses biologi digunakan dengan jamur T.versicolor dalam biodelignifikasi
serbuk sengon
Menurut (Sabarez, 2014), proses biologis
menggunakan aktivitas jamur dapat
ditingkatkan dengan pretreatment Sonikasi
yang dapat merusak matriks lignoselulosa
biomassa secara fisik
6. LATAR
BELAKANG
Hidrolisis
Hidrolisis Asam
Hidrolisis ini
menghasilkan
effluent asam yang
tinggi sehingga
penggunaan air
pencuci cukup
banyak
Menurut Novo
(2015), terdapat
cara hidrolisa yang
tidak berimbas pada
lingkungan dan tidak
dibutuhkannya
proses pencucian
lebih lanjut, yaitu :
Hydrothermal
Cara yang umum
digunakan adalah:
Proses ini memanfaatkan
air dalam kondisi subkritis
(subcritical water)
7. LATAR
BELAKANG
Bleaching
Proses yang bertujuan untuk memperbaiki brightness,
memperbaiki kemurnian, dan meminimalisir terjadinya
degradasi serat selulosa.
Proses Sonikasi, Biodelignifikasi, dan Hidrotermal
menghasilkan produk berwarna coklat
MCC komersial memiliki warna putih
Bleaching dikombinasikan dengan Proses
Hidrotermal sehingga dapat meningkatkan
penetrasi solvent terhadap bahan dan
memanfaatkan solvent dengan konsentrasi
bahan kimia yang rendah
9. TUJUAN
PENELITIAN
Mempelajari proses produksi microcrystalline cellulose dari
material lignoselulosa melalui proses biodelignifikasi dengan
pre treatment sonikasi dan metode hidrotermal bleaching
Mempelajari pengaruh temperature operasi pada metode
hidrotermal terhadap produksi MCC
Mempelajari pengaruh konsentrasi bleaching agent pada
proses hidrotermal bleaching terhadap produksi MCC
10. MANFAAT
PENELITIAN
Memberikan alternatif proses produksi Microcrystalline
Cellulose yang lebih ramah lingkungan
Memberikan informasi terkait fenomena sonikasi,
biodelignifikasi dengan T.versicolor, dan hidrotermal bleaching
terhadap bahan baku yang digunakan
Hasil penelitian ini dapat digunakan sebagai studi awal untuk
memilih dan menentukan parameter-parameter yang
mempengaruhi hasil MCC yang dihasilkan
12. TINJAUAN PUSTAKA
T.versicolor
Kingdom : Fungi
Division : Basidiomycota
Class : Agaricomynetes
Order : Polyporates
Family : Polyporaceae
Genus : Trametes sp.
Karakteristik : Bentuk setengah lingkaran
tidak beraturan dan habitat tumbuh
berkoloni pada batang kayu mati
(Tambaru, 2016)
Struktur Lignin
alam
Enzim
T.vers
icolor
Produk mono-lignin
(Bilal, 2020)
Biodelignifikasi
13. TINJAUAN PUSTAKA
Maserasi
Maserasi merupakan proses
perendaman dalam solvent.
Pelarut air yang digunakan
akan menyebar dan
membasahi seluruh bagian
serbuk kayu, sehingga
T.versicolor dapat tumbuh
tersebar dengan subur
(Azhari,2014)
Sterilisasi
Sterilisasi adalah proses
untuk membebaskan suatu
spesies dari pencemar atau
kontaminan
(Swenson, 2018)
Dalam proses delignifikasi menggunakan T. versicolor
14. TINJAUAN PUSTAKA
Fenomena kavitasi
akustik
Sonokimia
Pembentukan dan pertumbuhan
gelembung kavitasi
Gelembung beriosilasi dan
mengakumulasi energi (dalam
bentuk panas)
Dengan input energi
berkelanjutan, gelembung
membesar (hingga puluhan µm)
Struktur gelembung tidak lagi
stabil sehingga gelembung
mendadak runtuh (kolaps)
Energi yang tersimpan
dilepaskan dengan laju
pemanasan > 1010 K/s, tekanan
1000 bar, dan suhu 500 K
Sonikasi
Deformasi gelembung kolaps
diperkuat dengan mengirimkan aliran
liquid
Efek Mikro-jet
Aliran bergerak melalui permukaan
gelembung dengan kecepatan
minimal 100 m/s (mikro-jet)
Efek dari mikro-jet meninggalkan
karakteristik berupa lubang
mikroskopis pada permukaan padatan
15. TINJAUAN PUSTAKA
Gas CO2 SBCW
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+
+ HCO3
-
↔ 2H+
+ CO3
2-
(Lachos-Perez, 2017)
Proses hidrolisis selulosa dilakukan dengan metode
hidrotermal yang menggunakan air pada kondisi
subkritis (SBCW) dan CO2 superkritis.
Pada kondisi subkritis ini, air memiliki konstanta
dielektrik yang rendah sehingga air dapat berfungsi
sebagai asam yang akan menghasilkan H+.
Hyrothermal
Struktur Selulosa
Dalam membuat MCC, fase
amorf dapat di hidrolisis
dengan suasana asam
(Trache, 2016).
Hidrotermal
16. TINJAUAN PUSTAKA
Bleaching
Bleaching merupakan proses yang bertujuan untuk
memperbaiki brightness, memperbaiki kemurnian,
dan meminimalisir terjadinya degradasi serat selulosa
Pada proses ini terjadi degradasi rantai lignin yang
tersisa oleh active bleaching agent.
NaOCl + H2O →NaOH + HOCl
HOCl → H+ + OCl-
HOCl + H+ +Cl- → Cl2 +H2O
Active Bleaching Agent
(Ion Hipoklorit)
19. M
E
T
O
D
E
P
E
N
E
L
I
T
I
A
N
ALAT
HIDROTERMAL
1
2
TI
PI
8
PI
TI
3
4
5
15
12
11
13
10
14
9
Keterangan :
1. Tabung CO2
2. Thermal Pressure Vessel (TPV)
3. Valve dari Tabung CO2 ke TPV
4. Indikator tekanan TPV
5. Indikator suhu TPV
6. Valve dari TPV ke Reaktor Hidrotermal
7. Indikator tekanan Reaktor
8. Temperatur Controller
9. Indikator suhu reaktor
10. Reaktor Hidrotermal
11. Magnetic Bar
12. Magnetic Stirrer
13. Band Heater
14. Valve output
Tangki Pendinginan/pemanasan
21. M
E
T
O
D
E
P
E
N
E
L
I
T
I
A
N
Analisa
mengetahui struktur morfologi dari bahan baku sebelum dan
setelah proses biodelignifikasi dengan atau tanpa menggunakan
sonikasi serta mengukur nilai L/D dari produk MCC .
mengetahui derajat kristalin dari bahan baku yang
dihasilkan
mengetahui kadar kandungan lignoselulosa (Selulosa,
Hemiselulosa, dan Lignin) pada biomassa
mengetahui ukuran partikel MCC
23. M
E
T
O
D
E
P
E
N
E
L
I
T
I
A
N
VARIABEL
Varibel Tetap
Proses Delignifikasi :
Serbuk kayu : PDB Jamur = 3 : 2 (g/mL)
V Aquades untuk washing = 300 ml
Proses Sonikasi :
• Waktu = 30 menit
• Amplitudo = 50 %
• Suhu Lingkungan = 40oC
Proses Hidrotermal :
• Serbuk : Solvent = 1 : 100 (g/mL)
• Tekenan Gas CO2 = 100 bar
• Waktu = 120 menit
• V aquades untuk washing = 100
Variabel Bebas
Waktu Delignifikasi :
• 10, 20, 30, 40, dan 50 (hari)
Suhu Hidrotermal:
• 150oC & 250oC
Konsentrasi NaOCl :
• 0,25% ; 0,5% ; 0,75% ; 1 % ; 1,25%
Assalamu’alaikum wr. wb.
Selamat siang bapak dan ibu sekalian
Yth Prof Tri Widjaja, Bu Sri Rachmania Juliastuti, dan Bu Siti Nurkhamidah selaku dosen penguji pada kesempatan kali ini
Yth Bapak Sumarno selaku dosen pembimbing dari lab material
Saya Cahyo Sunu Widagdo akan mempresentasikan proposal penelitian saya yang berjudul ….
Indonesia merupakan negara yang memiliki kekayaan alam yang melimpah. Salah satunya adalah sektor kehutanan dimana pada tahun 2021 luas hutan Indonesia mencapai 126 juta hektar. 29,3% total hutan di Indonesia merupakan hutan produksi yang salah satu hasil hutan ini adalah Sengon.
Sengon merupakan tanaman yang banyak dimanfaatkan dalam industri sehingga hal tersebut akan menghasilkan limbah yang cukup banyak. Limbah tersebut dapat berupa gergajian maupun serbuk
Dimana limbah ini sangat berpotensi untuk dimanfaatkan kembali karena memiliki kandungan selulosa yang cukup tinggi, yaitu 45,42% yang membuat limbah sengon ini dapat dimanfaatkan Kembali menjadi produk bernilai jual tinggi seperti Microcrystalline Cellulose. MCC merupakan produk selulosa yang biasa digunakan dalam pangan sebagai texturizer, anti caking, emulsifier maupun bahan pengikat dalam obat-obatan. MCC diproduksi melalui 2 proses utama yaitu delignifikasi dan hidrolisis, dimana delignifikasi…. Dan hidrolisis ….
Delignifikasi dapat dilakukan dengan 3 metode, yaitu mekanik, kimia, dan biologi, dimana produksi MCC konvensional yang banyak digunakan adalah dengan metode kimia. Namun proses tersebut tidak ramah lingkungan
Meskipun proses kimia cepat dan delignifikasinya tinggi. Proses biologi dengan bantuan jamur/fungal memiliki tingkat delignifikasi yang tinggi, biaya murah, dan baik terhadap lingkungan dari segi keseluruhan prosesnya. Maka dari itu dalam penelitian ini saya memanfaatkan metode biologi dengan bantuan jamur. Untuk memaksimalkan penetrasi enzim ke dalam material lignoselulosa dapat dilakukan pre treatment berupa sonikasi
Adapun hidrolisa yang akan digunakan adalah melalui bantuan hidrotermal yang lebih ramah lingkungan dari hidrolisis asam
Namun proses sonikasi, biodelignifikasi dan hidrotermal belum mampu menghasilkan produk berwarna putih seperti MCC komersial. Maka dari itu dilakukan proses Bleaching. Namun pada penelitian ini, bleaching agent akan ditambahkan pada proses hidrotermal yang diharapkan dengan memanfaatkan solvent bleaching agent konsentrasi rendah akan mampu membuat MCC berwarna putih.
Lignoselulosa merupakan material yang terdiri dari lignin, selulosa, dan hemiselulosa.
Selulosa merupakan polimer rantai panjang yang tersusun ata monomer glukosa dan terikat secara 1,4 beta glikosidik. Lignin merupakan senyawa kompleks yang tersusun dari 3 unit utama yaitu coumaryl alcohol, syringil alcohol, dan sinapyl alcohol. Jenis kayu softwood memiliki kandungan lignin yang lebih banyak dari pada hardwood. Hemiselulosa merupakan senyawa amorf sehingga lebih mudah untuk dihidrolisa menggunakan asam, hidrofilik.
Jamur yang digunakan dalam proses ini adalah T. versicolor karena menurut penelitian terdahulu, T. versicolor pada sengon lebih efektif dari P.chrysosporium. Jamur ini mendegradasi lignin dengan menghasilkan enzim Laccasem, LiP, dan MnP.
Sebelum dilakukan penanaman jamur, terlebih dahulu maserasi dilakukan untuk meratakan water content pada sengon dan air akan masuk ke matriks lignoselulosa. Karena proses akan berhubungan dengan mikroba/jamur, maka kondisi perlu dijaga supaya tetap steril dengan cara sterilisasi
Untuk memaksimalkan proses biodelignifikasi dilakukan pre treatment sonikasi. Fenomena kavitasi akustik yang dihasilkan dari sonikasi akan merusak permukaan lignoselulosa dan terjadi swelling
Hidrolisis yang digunakan adalah hidrotermal dimana memanfaatkan air pada kondisi subkritis dengan bantuan gas penekan CO2. Kondisi subkritis akan menyebabkan air membentuk ion H+ yang akan mampu menghancurkan dan melarutkan bagian amorf selulosa.
Bleaching merupakan proses yang memanfaatkan active bleaching agent. Dalam penelitian ini digunakan NaOCl yang akan menghasilkan ion hipoklorit yang merupakan active bleaching agent
