BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Karakteristik Tongkol Jagung

4.1.1 Komposisis Kimiawi

Sifat fisika kimia biomassa sangat mempengaruhi hasil konversi selulosa,

hemiselulosa dan lignin yang terbentuk. Komponen lignoselulosa di dalam

biomassa akan terhidrolisis secara bertahap. Proses akan berhenti dengan

berkurangnya tekanan udara. Sementara itu, proses yang menyebabkan degradasi

hemiselulosa dan lignin karena adanya suhu yang tinggi. Suhu yang tinggi akan

memudahkan selulosa terhidrolisis (Kumar, 2009). Karakteristik lignoselulosa

yang terdapat pada tongkol jagung (corn cobs) dan biomassa lainnya terdapat

pada Tabel 4.1

Tabel 4.1 Komposisi Lignoselulosa Residu dan Limbah Pertanian

BahanSelulosa

(%)

Hemiselulosa

(%)

Lignin

(%)

Batang kayu keras 40-55 24-40 18-25

Batang kayu lunak 45-50 25-35 25-35

Kulit kacang 25-30 25-30 30-40

Tongkol jagung 45 35 15

rumput 25-40 35-50 10-30

Jerami gandum 30 50 15

daun 15-20 80-85 0

Kertas 85-99 0 0-15

Sumber: Kumar P et al, 2009

Pada tabel 4.1 dapat dilihat bahwa kadar lignoselulosa terbesar tongkol

jagung adalah selulosa, sekitar 45%, kadar lignin dan hemiselulosa secara

berurutan adalah 15% dan 35%.

4.1.2 Kadar Air

Kadar air tongkol jagung menjadi tantangan dalam proses penyimpanan

dan konversi energi. Tongkol jagung umumnya dipanen dengan kadar air berkisar

antara 20-50% yang tergantung pada karakteristik kultivasi jagung dan kondisi

panen (misalnya iklim setempat dan waktu pemanenan). Tabel 4.2 menyajikan

komposisi kadar air pada tongkol jagung (Saputro, 2009).

Tabel 4.2 Komposisi kimia tongkol jagung

Komponen Jumlah (%)

Kadar air 15

Kadar abu 17

Heating value 13,4

Sumber: Saputro, 2009

4.2 Neraca Massa

Sebelum melakukan proses delignifikasi, terlebih dahulu dihitung volume

cairan pemasak (asam asetat), katalis (HCl), dan aquades yang akan ditambahkan

pada proses fraksionasi biomassa.

Nisbah cairan-padatan (C/P) sebanyak 10:1 dengan berat bahan baku berupa

chip tongkol jagung sebanyak 25 gr. Sehingga berat cairannya adalah sebanyak

250 gr yang terdiri dari cairan pemasak, katalis, dan aquades. Konsentrasi asam

asetat yang akan digunakan adalah 85%-berat cairan, HCl sebanyak 0,1%-berat

cairan. Dengan menggunakan neraca massa. Maka banyaknya aquades yang

digunakan adalah sebanyak 14,9%-berat cairan. Sehingga diperoleh berat asam

asetat yang akan ditambahkan adalah 212,5 gr, berat HCl 0,25 gr, dan berat

aquades 37,25 gr. Gunakan hubungan volume, massa, dan massa jenis ()

Massa jenis asam asetat, HCl, dan aquades secara berturut-turut adalah 1,05

gr/ml; 1,84 gr/ml; dan 1 gr/ml. Volume tiap cairan yang akan ditambahkan

dihitung dan didapat asam asetat yang ditambahkan sebanyak 202,4 ml, volume

HCl sebanyak 2,12 ml, dan volume aquades sebanyak 37,25 ml.

4.3 Pengamatan Fisik

Percobaan fraksionasi biomassa tongkol jagung dilakukan dengan proses

acetosolv dengan tahapan berupa pemasakan, penyaringan, pencucian,

pengeringan padatan, dan lignin recovery. Perlakuan pendahuluan pada bahan

baku dilakukan menggunakan perlakuan fisik dengan cara pemotongan bahan

baku tongkol jagung menjadi berukuran 3 cm. Perlakuan pendahuluan tersebut

dilakukan untuk memperkecil ukuran bahan dan memperluas permukaan bahan

sehingga penetrasi larutan pemasak kedalam serpih lebih cepat karena

delignifikasi memiliki banyak hambatan yang disebabkan adanya struktur kristalin

selulosa yang bersifat sangat rigid (kaku) dan adanya asosiasi yang kuat antara

selulosa dan molekul lignin serta hemiselulosa. Oleh karena itu diperlukan

perlakuan pendahuluan untuk mengurangi hambatan tersebut.

Variabel proses yang dipelajari adalah waktu pemasakan 15, 30, dan 60

menit. Variabel yang dijaga tetap adalah konsentrasi katalis HCl 0,1%-berat,

konsentrasi asam asetat 85%-berat dan nisbah cairan-padatan 10/1. Chip tongkol

jagung yang telah berukuran 3 cm kemudian dikeringkan dengan panas sinar

matahari lalu ditimbang sebanyak 25 gram dan dimasukkan ke dalam erlemeyer

2000 ml. Warna tongkol jagung berwarna putih kecoklatan. Cairan pemasak

berupa asam asetat ditambahkan sebanyak 202,4 ml dan aquades sebanyak 37,25

ml.

Tongkol jagung dalam erlenmeyer terendam secara merata dengan cairan

pemasak. Penggunaan pelarut organik dimaksudkan untuk mengurangi tegangan

permukaan larutan pemasak pada suhu tinggi, mempercepat penetrasi ke dalam

chip tongkol jagung dan difusi dari hasil pemutusan lignin dalam tongkol jagung

ke dalam larutan pemasak [Heradewi, 2007]. Warna larutan pemasak bening.

Proses pemasakan dimulai. Sekitar 15-20 menit, cairan mulai mendidih,

warna cairan berubah menjadi kuning keemasan. Kemudian katalis (HCl)

ditambahkan sebanyak 2,12 ml. Fungsi katalis dalam hal ini selain berfungsi

untuk mempercepat proses delignifikasi, juga berfungsi untuk mengembangkan

struktur bahan (tongkol jagung) sehingga memudahkan penetrasi larutan pemasak

ke dalam bahan [Heradewi, 2007].

Waktu pemasakan mulai dihitung saat cairan mulai mendidih dan HCl

ditambahkan. Hal ini dilakukan untuk memastikan seluruh cairan pemasak telah

masuk ke dalam bahan (penetrasi larutan pemasak telah sempurna). Setelah

pemasakan selama 5 menit, warna cairan berubah menjadi kuning kecoklatan. Run

pertama, pemanasan dihentikan saat pemasakan berjalan selama 15 menit. Warna

cairan berubah menjadi coklat, dan tongkol jagung berubah warna menjadi coklat

kekuningan.

Run kedua dengan waktu pemasakan 30 menit memiliki keadaan yang sama

sampai pada waktu 15 menit. Pada pemasakan selama 18 menit, cairan berwarna

coklat dan warna tongkol jagung berwarna kekuningan. Pemanasan selama 27

menit warna cairan menjadi coklat dan warna tongkol jagung menjadi berwarna

coklat. Pemanasan dihentikan pada menit ke 30.

Run ketiga, dengan pemanasan selama 30 menit memiliki kondisi yang

sama dengan run kedua hingga pada pemanasan selama 30 menit. Pada

pemanasan selama 26 menit, warna cairan menjadi coklat dan warna tongkol

jagung menjadi coklat. Saat pemanasan berlangsung 52 menit, cairan berwarna

coklat kehitaman, dan tongkol jagung menjadi semakin kecoklatan. Pada saat

pemanasan dihentikan, yaitu pada menit ke 60 dan warna cairan menjadi hitam.

Perubahan warna cairan dan tongkol jagung selama proses pemasakan

menandakan terjadinya reaksi. Perubahan yang terjadi disebabkan adanya

pemutusan ikatan-ikatan ester dalam makromolekul lignin. Untuk memutuskan

ikatan diperlukan energi sehingga diperlukan pemanasan untuk dapat memutuskan

ikatan-ikatan tersebut

4.4 Perolehan Pulp

Biomassa yang digunakan pada percobaan fraksionasi biomassa adalah

tongkol jagung. Selulosa pada tongkol jagung adalah 45% berat, hemiselulosa

35% dan berat lignin sebesar 15% [Kumar et al, 2009] Pada percobaan pertama,

25 gr tongkol jagung dimasak dengan 202,4 ml asam asetat yang telah dicampur

37,25 ml aquades.

Run pertama dengan waktu pemasakan 15 menit memiliki perolehan pulp

sebesar 15,55 gram (62,2%). Run kedua dan ketiga dilakukan kembali dengan

cara yang sama pada percobaan pertama dengan variasi waktu pemasakan 30

menit dan 60 menit. Pulp yang diperoleh dari percobaan kedua adalah 55,24%

berat biomassa (13,81gr) dan 78,72% berat biomassa (19,68 gr). Perolehan Pulp

dapat dicari dengan menggunakan persamaan (1) dan Persentase perolehan pulp

disajikan pada gambar 4.1

Perolehan Pulp=Berat Pulp KeringBerat Biomassa

x 100%..........................................................

(1)

15 30 600

10

20

30

40

50

60

70

80

90

waktu pemasakan (menit)

per

sen

tase

per

oleh

an p

ulp

Gambar 4.1 Perolehan Pulp pada Variasi Waktu Pemasakan

Pada gambar 4.1 dapat dilihat perolehan pulp pada pemasakan selama 60

menit merupakan persentase terbesar dan pemasakan selama 30 menit

menghasilkan persentase pulp yang paling kecil. Yield yang didapat cenderung

meningkat dengan peningkata waktu pemasakan. Hasil yang didapat berbeda

dengan penelitian lain. Berdasarkan penelitian terdahulu yang dilakukan Amraini

et al., [2010] pada pembuatan pulp sawit dengan proses acetosolv menggunakan

variasi waktu 15, 30, 60, 90, 120, dan 150 menit.

Percobaan dilakukan dengan menggunakan larutan asam asetat sebagai

cairan pemasak. Tahapan yang dilakukan sama dengan percobaan yang dilakukan

Amraini et al., [2010] meliputi pemasakan, penyaringan, pencucian, dan

pengeringan padatan. Perlakuan awal bahan baku meliputi pembersihan sabut

sawit kemudian dilanjutkan dengan pengeringan di bawah sinar matahari. Yield

yang dihasilkan sekitar 75,1%-85,3% dengan kadar lignin pulp 26-43,66%. Pada

variasi waktu didapat hasil bahwa peningkatan waktu reaksi dari 15 menjadi 60

menit cenderung menurunkan yield.

Bertambahnya waktu reaksi akan menyempurnakan reaksi yang terjadi.

Namun, waktu reaksi yang lebih lama dapat menghambat reaksi delignifikasi.

Lignin yang telah larut dalam media pemasak bisa terpolimerisasi kembali

[Amraini et al., 2010].

4.5 Persen Lignin Recovery

Lignin relatif lebih tinggi kandungan atom C dan H-nya, namun

kandungan O-nya lebih rendah dibandingkan selulosa dan hemiselulosa. Lignin

dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar jika dibuat dalam jumlah besar dan

dalam keadaan benar-benar kering. dan lignin sebagai bahan bakar lebih bernilai

dibanding selulosa dan hemiselulosa karena nilai panas pembakarannya lebih

besar [Lubis, 2007]

Lubis [2007] juga menyatakan bahwa lignin selain dapat digunakan

sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai produk polimer dan sumber

bahan-bahan kimia berberat molekul rendah. Bahan-bahan kimia berberat molekul

rendah yang dapat dihasilkan dari lignin adalah vanilin, aldehida, asam vanilat,

fenol, asam karbonat, benzena dan sebagainya. Lignin juga merupakan bahan

mentah yang sangat baik untuk pembuatan serat sintetik seperti nilon, bahan

farmasi dan pewarna yang baik.

Lignin diperoleh dari proses recovery lignin Black liquor yang dihasilkan

pada proses delignifikasi. Black liquor ditambahkan air dengan perbandingan 1:10

kemudian dimasukkan ke dalam kuvet sentrifugal. Warna black liquor berubah

dari hitam menjadi kuning keruh karena terjadi pengenceran. Kekeruhan dan

warna pada tiap run percobaan berbeda. Semakin lama waktu pemasakan, warna

black liquor yang diperoleh semakin pekat. Campuran cairan disentrifugasi

dengan kecepatan 1500 rpm selama 45 menit. Cairan disentrifugasi untuk

memisahkan lignin dengan cara mengendapkannya. Kemudian lignin dipisahkan

dari cairan dengan kertas saring yang telah diketahui beratnya.

Lignin yang diperoleh dioven sampai beratnya konstan dan dihitung berat

lignin yang didapat. Perolehan lignin dapat dilihat pada Gambar 4.2. Untuk

menghitung perolehan lignin yang dihasilkan dari fraksionasi tersebut, dapat

menggunakan persamaan (2)

Perolehan Lignin=[Berat Lignin Sampel x

( volume black liquor )volume sampel ]

Berat Lignin Dalam Bahan Bakux 100%

................................. (2)

15 30 600

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

waktu pemasakan (menit)

per

sen

tase

per

oleh

an li

gnin

Gambar 4.2 Perolehan Lignin dari black liquor

Di dalam black liquor terdapat lignin dan senyawa hasil hidrolisis

hemiselulosa. Gambar 4.2 dapat dilihat perolehan lignin terbesar pada pemasakan

15 menit dan yang terkecil adalah pemasakan selama 60 menit. Perolehan lignin

yang rendah dikarenakan volume black liquour yang kurang dari jumlah cairan

total. Hal ini dikarenakan adanya cairan yang menguap selama proses pemasakan

(sambungan alat yang tidak ditutup aluminium) sehingga menurunkan jumlah

volume black liquor yang didapat.

Penurunan kadar lignin dengan bertambahnya waktu pemasakan selama

percobaan memiliki kesamaan jika dibandngkan dengan penelitian yang dilakukan

Amraini et al., [2010]. Pada peningkatan waktu reaksi dari 15 menjadi 60 menit

cenderung menurunkan kadar lignin. Penurunan perolehan lignin dengan

peningkatan waktu 15 menjadi 60 menit, menunjukkan bahwa reaksi delignifikasi

berlangsung baik. Waktu reaksi yang bertambah akan menyempurnakan reaksi

yang terjadi [Amraini et al., 2010].

4.5 Perbandingan Hasil Percobaan

Hasil percobaan delignifikasi tongkol jagung dalam media asam asetat

menghasilkan yield (perolehan pulp) dan lignin yang bervariasi. Yield pulp

terendah yaitu 55,24% yang diperoleh pada waktu reaksi 30 menit. Sedangkan

yield pulp tertinggi didapat pada waktu reaksi 60 menit dengan perolehan sebesar

78,72%. Serta perolehan lignin cenderung menurun dengan bertambahnya waktu

pemasakan. Perolehan lignin terbesar didapat pada waktu pemasakan 15 menit

yaitu sebesar 0,3% dan yang terkecil diperoleh sebesar pada pemasakan 60 menit

0,054%.

Proses di dalam media pelarut yang sama, yield pulp tongkol jagung yang

didapat lebih rendah dibandingkan dengan yield pulp hasil penelitian Amraini et

al., [2010] dimana yield pulp yang dihasilkan adalah 75,1-85,3%menggunakan

sabut sawit. Sedangkan penggunaan bahan baku berupa batang jagung dengan

cairan pemasak berupa asam formiat, yield pulp yang didapat lebih tinggi

dibanding yield pulp sebesar 31,88-47,01% dari penelitian Puspitasari et al.,

[2013]. Hasil perolehan lignin yang didapat lebih kecil jika dibandingkan dengan

perolehan lignin hasil penelitian Amraini et al., [2010] yaitu sebesar 26-43% dan

penelitian Puspitasari et al., [2013] sebesar 10-14,31%,

Pengaruh waktu reaksi terhadap yield dan perolehan lignin pulp pada

penelitian yang dilakukan Amraini et al., [2010] menunjukkam peningkatan

waktu reaksi dari 15 menjadi 60 menit cenderung menurunkan yield dan kadar

lignin pulp. Sedangkan peningkatan waktu reaksi dari 60 menjadi 150 menit

cenderung meningkatkan yield dan kadar lignin pulp. Yield terendah dihasilkan

pada waktu reaksi 150 menit, dan kadar lignin pulp terkecil pada kondisi waktu

pemasakan 60 menit. Kadar lignin tertinggi diperoleh pada kondisi pemasakan

diatas 120 menit, yang persentasenya melebihi kadar lignin pada kondisi waktu

reaksi 30 menit. Kadar lignin pulp cenderung meningkat sampai waktu reaksi

mencapai 120 menit, sedangkan yield pulp cenderung tetap pada kondisi yang

sama. Hasil ini menguatkan kembali dugaan bahwa naiknya kadar lignin pulp

pada waktu reaksi yang lebih lama disebabkan oleh reaksi polimerisasi kembali

lignin. Pembuatan pulp sabut sawit dalam media asam asetat akan memberikan

hasil yang relatif baik, kadar lignin rendah dan yield memadai, pada waktu

pemasakan 60 sampai 90 menit.

Hasil penelitian delignifikasi batang jagung dalam media asam formiat

yang dilakukan oleh Puspitasari et al., [2013] menghasilkan yield (perolehan pulp)

yang bervariasi menurut kondisi percobaan. Yield pulp terendah yaitu 31,88%

yang diperoleh pada waktu reaksi 180 menit dan konsentrasi asam formiat 90%-

berat. Sedangkan yield pulp tertinggi didapat pada waktu reaksi 60 menit dan

konsentrasi asam formiat 70%-berat, yaitu 47,01%.

Pada rentang variabel yang dipilih, yaitu waktu reaksi 60, 120 dan 180

menit untuk berbagai variasi konsentrasi asam formiat. Perolehan pulp (yield)

cenderung menurun seiring meningkatnya waktu reaksi dan konsentrasi asam

formiat. Dari segi waktu reaksi, percobaan yang dilakukan dengan waktu reaksi

60 menit hingga 180 menit memberikan yield pulp yang cenderung menurun.

Penurunan yield pulp relatif lebih besar pada waktu reaksi dari 60 ke 120 menit.

Perolehan lignin akan semakin menurun seiring dengan lamanya waktu

pemasakan berlangsung. Penurunan kadar lignin pulp relatif lebih besar ketika

waktu reaksi naik dari 120 menit ke 180 menit. Hasil yang diperoleh

menunjukkan bahwa lamanya waktu reaksi membuat asam formiat bereaksi lebih

lambat dengan lignin karena semakin banyak pemutusan ikatan lignin sehingga

memperbesar jumlah lignin tersisihkan. Perbedaan kadar perolehan pulp dan

lignin dari ketiga percobaan dikarenakan berbedanya variabel operasi dan bahan

baku yang digunakan

DAFTAR PUSTAKA

Lubis, A. A. 2007. Isolasi Lignin Dari Lindi Hitam (Black Liquor) Proses

Pemasakan Pulp Soda Dan Pulp Sulfat (Kraft). Skripsi. Institut Pertanian

Bogor

Heradewi. 2007. Isolasi Lignin Dari Lindi Hitam Proses Pemasakan Organosolv

Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (Tkks). Skripsi. Institut Pertanian

Bogor