isolasi dan karakterisasi struktur hemiselulosa dari bambu
DESCRIPTION
makalah uts biomolTRANSCRIPT
BIOMOGI MOLEKULER
ISOLASI DAN KARAKTERISASI STRUKTUR HEMISELULOSA DARI BAMBU
Kelompok 3
Andersen (1406604626)
Kevin Antonio (1406568091)
Osel Sakadewa (1406604600)
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA
Depok, April 2016
i
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena akhirnya tim penulis dapat
menyelesaikan makalah ini untuk memenuhi tugas mata kuliah Biologi Molekuler.
Sebagai calon insinyur teknik kimia sudah semestinya untuk mempelajari berbagai hal
yang berhubungan dengan ilmu dasar proses, yang mana mencakup banyak pengetahuan dasar
yang salah satunya meliputi ilmu tentang biologi molekuler. Hal tersebut dipandang sangat
penting, untuk menjadi dasar mempelajari proses pada teknik kimia nantinya.
Walaupun banyak kendala yang dihadapi sepanjang pembuatan laporan ini, tim penulis
tetap bertekad untuk menyelesaikan laporan ini sebagai komitmen dan tanggungjawab demi
memenuhi tugas mata kuliah kimia analitik. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih
kepada semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan laporan ini.
Tim penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena
itu, tim penulis mengharapkan adanya kritik serta saran supaya makalah ini lebih baik lagi
untuk kedepannya.
Tim penulis berharap agar laporan ini bisa bermanfaat bagi para pembaca dan dapat
menambah wawasan kami khususnya mahasiswa teknik kimia.
Depok, April 2016
Tim penulis
ii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ............................................................................................................................ i
DAFTAR ISI.......................................................................................................................................... ii
BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ...................................................................................................................... 1
1.2 Definisi Masalah .................................................................................................................... 1
1.3 Tujuan Pembelajaran ........................................................................................................... 1
BAB II PEMBAHASAN ...................................................................................................................... 2
2.1 Karakteristik Struktur ......................................................................................................... 2
2.2.1 Analisis Kromatografi .................................................................................................. 2
2.2.2 Analisis Spektrometri ................................................................................................... 3
2.2 Optimalisasi isolasi hemiselulosa dari bambu (Neosinocalamus Affinis) ......................... 5
2.2.1 Isolasi hemiselulosa ....................................................................................................... 5
2.2.2 Tahap isolasi menggunakan alkali .............................................................................. 6
2.2.3 Yield hasil ekstraksi menggunakan alkali .................................................................. 6
BAB III PENUTUP ............................................................................................................................... 9
3.1 Kesimpulan ............................................................................................................................ 9
3.2 Saran ...................................................................................................................................... 9
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................................................... 10
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Hemiselulosa merupakan hetero-polisakarida yang bisa ditemukan pada dinding sel
tumbuhan. Hemiselulosa mengisi sekitar 20-30% berat tumbuhan kering, karena itu
hemiselulosa merupakan polisakarida terbanyak kedua yang dapat ditemukan pada
tumbuhan. Hemiselulosa merupakan senyawa kompleks yang sebagian besarnya
mengandung D-xylosa, D-galaktosa, L-arabinosa, D-mannosa dan D-glukosa.
Hemiselulosa hampir serupa dengan selulosa, namun memiliki rantai yang lebih pendek
yaitu sekitar 500-3000 unit gula, yang mana pada selulosa terdapat 7000-15000 unit gula.
Selain itu, perbedaannya dengan selulosa adalah hemiselulosa memiliki cabang pada rantai
polimernya, sedangkan selulosa tidak.
Pemanfaatan hemiselulosa sangat beragam mulai dari bidang industri, pangan, energi,
dan farmasi. Saat ini, yang sedang marak adalah pemanfaatan hemiselulosa sebagai biofuel,
dimana kita tahu bahwa ketergantungan suplai energi dari bahan bakar yang tidak dapat
didaur ulang terus meningkat.
Untuk mendapatkan hemiselulosa dari tumbuhan, perlu dilakukan peninjauan terhadap
struktur dari hemiselulosa itu sendiri, komposisinya, serta efisiensinya jika dimanfaatkan.
Jumlah dan komposisi hemiselulosa beragam sangat bervariasi dan berbeda dari satu
tumbuhan dengan tumbuhan lainnya. Setelah mengetahui mengenai struktur dari
hemiselulosa, kita juga perlu mengetahui cara mengisolasi hemiselulosa dari ikatan-ikatan
dengan senyawa kompleks lainnya.
1.2 Definisi Masalah
Identifikasi struktur hemiselulosa pada bambu serta metode isolasinya dengan
menggunakan ektraksi alkali.
1.3 Tujuan Pembelajaran
Tujuan pembuatan makalah ini adalah untuk mengetahui bagaimana struktur dari
hemiselulosa pada bambu dan cara-cara untuk mengisolasinya untuk kemudian bisa
dimanfaatkan lebih lanjut.
2
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Karakteristik Struktur
Hingga saat ini, ada banyak cara yang dapat digunakan untuk mengetahui struktur dari
hemiselulosa bamboo. Analisis dari hemiselulosa bambu terbagi atas 2, yaitu Analisis
Kromatografi dan Analisis Spektrometri.
2.2.1 Analisis Kromatografi
Analisis kromatografi menggunakan degradasi dari senyawa dengan hidrolisis
asam, hidrolisis enzim, dan degradasi smith untuk hemiselulosa bamboo dimana asam
yang digunakan adalah asam sulfur (H2S), asam oksalat (H2C2O4), dan trifluoroacetic
acid.
Dalam pengukuran besar dari hemiselulosa bambu, biasanya ditentukan dari
berat molekul rata-rata (Mr) yang ditentukan dengan metode gel permeation
chromatography (GPC) pada PL aquagel-OH 50 kolom dengan detector indeks refraktif
(RID). Metode yang lain dalam penentuan ukuran dari hemiselulosa bambu adalah
menggunakan kesetimbangan endapan dan tekanan osmosis untuk penentuan Mr dari
senyawa bambu untuk jenis bambu Neosinocalamus Affinis. (Tabel 1)
High Performance Liquid Chromatography (HPLC) juga sering digunakan
untuk menganalisis tingkat kelarutan gula dalam larutan setelah bambu dipanaskan.
Analisis Berat Molekul
Pada jurnal ini, penulis menggunakan metode analisis kromatografi untuk
menentukan berat molekul dari hemiselulosa bambu, dimana parameter dari berat
molekul polimer hemiselulosa dianallisis dengan menggunakan metode GPC pada
medium aqueous. Berat molekul (Mr) dan Jumlah molekul (Mn) dari fraksi
hemiselulosa terdapat pada tabel 2. Dari table, dapat diketahui bahwa hemiselulosa
yang larut dalam ait adalah fraksi H1 dengan berat molekul yang lebih kecil
dibandingkan fraksi lainnya (H3-H7). Ini menunjukkan bahwa air panas melarutkan
sedikit molekul hemiselulosa, seperti galactoarabinoxylans dan senyawa pectic seperti
beta-glucans.
3
2.2.2 Analisis Spektrometri
Analisis spektrometri merupakan metode utama dalam kimia modern yang
banyak digunakan untuk mementukan struktur molecular dari hemiselulosa bambu.
Cara yang paling utama adalah dengan menggunakan Fourier-Transform Infrared (FT-
IR) dan nuclear magnetic resonance (NMR) spektrometri.
Pada FT-IR, spectra dari hemiselulosa bambu, beberapa data penting dari
absorpsi diperlukan untuk menentukan struktur dari bambu yang diteliti, dalam hal ini
adalah data absorpsi dari bambu Neosinocalamus Affinis.
Pada spektrometri NMR biasanya isotop dari 1H dan 13C diurutkan untuk
mengetahui struktur khusus dair hemiselulosa bambu. Cara kerjanya adalah dengan
menangkap sinyal dari 1H dan 13C dan membandingkannya dengan data yang ada pada
tabel 3. Pada penelitian yang terbaru, NMR yang menggunakan heteronuclear single
quantum correlation dapat memperoleh resolusi yang lebih tinggi sehingga mengurangi
persen kesalahan dalam pembacaan data yang ditransmisikan oleh isotop 1H dan 13C.
Tabel 1. Hemicelluloses from bamboo: Extraction and purification methods, chemical
compositions, molecule weights, as well as structural features. (Neosinocalamus Affinis)
Bam
boo
Extractio
n
Purificatio
n
Fractio
n
Yield
(%)
Monosacch
aride
Com
positio
n (%
)
Mr
Stru
cture
Featu
res
Neosino
calamus
Affinis
Dire
ct
extra
ction
with
alkal
i
Sequen
tial
extracti
ons
with
0.2and
0.5 M
NaOH,
Was
hing
with
70%
EtO
H
H2
6.1
%
6.6
9
0.8
2
17.8
7
73.5
3
3.0
9
68.7
70
linear
(1→4)-ˇ-
dxylopyra
nosyl
mainchain
substitute
d by a H3
3.2
%
4.7
0
0.2
2
10.3
0
83.0
6
1.2
0
65.7
50
4
70%
ethanol
contain
ing0.6
M
NaOH,
and 1.0
and 2.0
M
NaOH
at50◦C
for 3 h
H5
2.6
%
4.7
4
0.3
3
6.7
4
73.5
3
1.0
9
41.2
00
small
amount of
l-
arabinofur
anosyl at
C-2
and/or C-
3together
with a
minor
quantity
of 4-
Omethylg
lucuronic
acid at C-
2
H6
5.6
%
4.4
5
0.1
3
3.1
9
83.0
6
0.8
4
45.1
90
H7
2.7
%
2.7
0.0
9
1.9
2
987.2
9291.4
0.6
5
1.2
9
42.7
90
Tabel 2.Berat molekul (Mr) dan Jumlah molekul (Mn) serta perbandingannya pada fraksi
Neosinocalamus affinis
Hemicellulosic fractions*
H1 H3 H4 H5 H6 H7
Mr (g/mol) 9000 16770 65750 41200 45190 42790
Mn
(g/mol)
7150 29030 32510 26620 30650 26610
Mr/Mn 1.26 2.37 1.67 1.55 1.47 1.61
Gambar 1. Distribusi Berat Molekul dari fraksi hemiselulosa Neosinocalamus affinis
5
2.2 Optimalisasi isolasi hemiselulosa dari bambu (Neosinocalamus Affinis)
2.2.1 Isolasi hemiselulosa
Konversi dari material lignoselulosa untuk menghasilkan produk yang
bernilai lebih tinggi memerlukan fraksinasi hemiselulosa dari biomassa.
Namun, separasi hemiselulosa dari dinding sel terbatas karena adanya jaringan
lignin seperti hubungan/jaringan lignin-hemiselulosa (Crestini and
Argyropoulos 1997). Selain itu, banyaknya ikatan hydrogen antara setiap
komponen individu polisakarida dapat menghalangi isolasi dari hemiselulosa.
Pada awalnya, isolasi hemiselulosa dilakukan dengan men-deligninikasi
material mengunakan Klorin (Timell et al, 1951), Klorin Oksida (Yang and
Goring 1978), dan Sodium Klorit (Fengel et al. 1989), dimana sisa dari
holoselulosa akan diolah dengan berbagai macam prosedur. Namun, isolasi
dengan menerapkan delignifikasi terkadang mengokasidasi beberapa residu
polisakarida dan menyebabkan depolimerisasi parsial dan hilangnya
hemiselulosa (Aspinall et al. 1961).
6
Sejumlah metode yang efektif telah dipelajari untuk memperoleh
polimer hemiselulosa, termasuk ekstraksi menggunakan air panas
(autohidrolisis), alkali, dimetil sulfoksida (DMSO), dan perawatan berbasis
ledakan uap. Perlakuan dengan menggunakan alkali pada bahan lignoselulosa,
seperti bambu dan gandum, mengganggu dinding sel dan memutuskan
hubungan antara lignin dan hemiselulosa. Ekstraksi ini telah menjadi proses
yang menjanjikan dan ramah lingkungan untuk mencapai pemanfaatan
lignoselulosa dengan dampak minimal pada lingkungan. Keuntungan utama
dari ekstraksi alkali adalah operasi sederhana dan efektivitas biaya.
Hemiselulosa, bersama-sama dengan polisakarida lainnya, dapat digunakan
kedepannya sebagai bahan baku yang ramah lingkungan, jika fitur struktural
mereka dapat diidentifikasi dengan baik.
2.2.2 Tahap isolasi menggunakan alkali
Untuk mempelajari perbedaan struktural hemiselulosa dalam bambu,
fraksi diekstraksi berurutan dengan air, etanol dan larutan alkali pada
konsentrasi yang berbeda, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 1. Serbuk
(10 g) berturut-turut diekstraksi dengan air suling dan 70% etanol pada 80 ºC,
0,2 dan 0,5 M NaOH larutan air, etanol 70% mengandung 0,6 M NaOH, dan 1,0
dan 2,0 M NaOH larutan air pada 50 º C selama 3 jam menggunakan rasio solid
cair 01:25 (g /mL). Residu selulosa disaring dengan kain nilon, dicuci dengan
air suling, dan selanjutnya dikeringkan dalam oven kabinet di bawah sirkulasi
udara pada 60 ºC selama 16 jam.
Filtrat terkonsentrasi menjadi 40 mL pada reduced pressure, dan
kemudian dituangkan ke dalam 2 volume etanol 95% dengan pengadukan kuat.
Pelet disentrifugasi, dikeringkan, dan akhirnya diberi label dari H1 ke H7 sesuai
dengan urutan ekstraksi berturut-turut. Filtrat yang diperoleh pada kondisi basa
disesuaikan dengan pH 5,5 dengan 6 M asam klorida cair. Semua sampel
disimpan dalam desikator untuk karakterisasi lebih lanjut. Percobaan dilakukan
dalam rangkap dua, dan penyimpangan di bawah 4,8%.
2.2.3 Yield hasil ekstraksi menggunakan alkali
Hemiselulosa membentuk ikatan kovalen dengan lignin dan ester
dengan unit asetil dan asam hydroxycinnamic, membatasi pembebasan
7
hemiselulosa dari matriks dinding sel. Selain itu, ikatan hidrogen yang luas
antara polisakarida individu dan dinding sel komponen juga dapat menghambat
isolasi hemiselulosa. Oleh karena itu, hasil dari fraksi hemicellulosic sangat
tergantung pada karakteristik media yang digunakan selama proses fraksinasi.
Dalam percobaan ini, dewaxed bamboo berurutan diekstraksi dengan air netral
dan 70% etanol, alkali berair solusi pada konsentrasi rendah (0,2 dan 0,5 M
NaOH), larutan alkali etanol (70% etanol-0,6 M NaOH), dan basa berair solusi
pada konsentrasi tinggi (1,0 dan 2,0 M NaOH).
Hasil panen dari hemiselulosa yang dari 2,0%, trace (terlalu kecil),
6,1%, 3,2%, 2,6%, 5,6%, dan 2,7% dari batang dewaxed bamboo di setiap
langkah, hampir 22% dari total bahan. Hasil dari hemiselulosa diperoleh pada
kondisi basa menyumbang 91,0% dari total hemiselulosa dibebaskan, yang
menunjukkan bahwa penambahan alkali bisa memutuskan ikatan ester dan / atau
eter antara lignin dan hemiselulosa, yang mengarah ke pelepasan hemiselulosa.
Sebagai perbandingan, perlakuan menggunakan air hanya melepaskan sangat
sedikit hemiselulosa (2.0%). Tidak ada fraksi hemiselulosa yang terisolasi oleh
70% ethanol pada kondisi ini.
Penambahan sejumlah kecil NaOH ( 0,2M ) menghasilkan jumlah
tertinggi pelepasan hemiselulosa ( 6.1 % ) , akuntansi untuk 27,7 % dari total
hemiselulosa terisolasi. Ditemukan juga bahwa sebagian besar hemiselulosa
bambu bisa keluarkan ketika konsentrasi alkali lebih rendah dari 2.0 M , yang
setuju dengan baik dengan hasil sebelumnya dilaporkan oleh Sun et al.16.
Ditemukan bahwa saat konsentrasi NaOH meningkat menjadi 2,0 M , hasil dari
fraksi hemislulosa menurun menjadi 2.7%.
Alasan ini mungkin dikarenakan degradasi reaksi peeling di alkali
berkonsentrasi tinggi, dan konten hemiselulosa lebih rendah di residu setelah
ekstraksi sebelumnya. Hasil ini menunjukkan bahwa ekstraksi alkali adalah
proses yang efisien untuk fraksinasi polimer hemicellulosic dari lignoselulosa
bahan dibandingkan dengan air dan perawatan hidrogen peroksida.
9
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Struktur hemiselulosa berbeda-beda setiap varian tumbuhan
Banyak metode yang dapat digunakan untuk mengisolasi hemiselulosa dari
tumbuhan (bambu), salah satunya adalah dengan metode alkali
Hemiselulosa yang telah diisolasi dapat diaplikasikan ke berbagai bidang
misalnya energi, pangan, farmasi, dan industri
3.2 Saran
Penulis menyadari bahwa makalah ini masih jauh data kata sempurna oleh karena itu
penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang sifatnya membangun agar dalam
pembuatan laporan selanjutnya bias lebih baik lagi, atas perhatiannya penulis ucapkan
terimakasih.
10
DAFTAR PUSTAKA
Nelson DL, Cox MM. 2008. Lehringer Principles of Biochemistry. 5th ed. New York: WH
Freeman
Peng P, She D. 2014. Isolation, structural characterization, and potential applications of
hemicelluloses from bamboo: A Review, Carbohydrate Polymers . Carbohydrate Polymers.
Sun, et.al. 2011. Structural Characterization of Hemicelluloses from Bamboo Culms
(Neosinocalamus Affinis). United Kingdom: University of Wales