KRISTALINITAS SERAT PULP KAYU JABON

(Anthocephalus cadamba Miq.) DENGAN PERLAKUAN BERAGAM

JENIS ALKALI DAN METODE PENGERINGAN

HARDIANSYAH VASPINTRA

DEPARTEMEN HASIL HUTAN

FAKULTAS KEHUTANAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2014

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI

SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi “Kristalinitas Serat Pulp Kayu Jabon

(Anthocephalus cadamba Miq.) dengan Perlakuan Beragam Jenis Alkali dan Metode

Pengeringan” adalah benar karya saya dengan arahan dari dosen pembimbing dan belum

diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi

yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari

penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di

bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut

Pertanian Bogor.

Bogor, Agustus 2014

Hardiansyah Vaspintra

NIM E24090034

ABSTRAK

HARDIANSYAH VASPINTRA. Kristalinitas Serat Pulp Kayu Jabon

(Anthocephalus cadamba Miq.) dengan Perlakuan Beragam Jenis Alkali dan Metode

Pengeringan. Dibimbing oleh NYOMAN JAYA WISTARA.

Bioetanol merupakan energi alternatif terbarukan untuk energi berbasis fosil yang

ketersediaannya semakin menurun. Namun, kristalinitas selulosa yang tinggi menjadi

kendala untuk menghasilkan bioetanol dengan harga kompetitif. Praperlakuan berperan

penting untuk mempermudah hidrolisis sehingga meningkatkan rendemen bioetanol.

Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan metode dan jenis perlakuan yang baik

dalam mengembangkan serat selulosa (penurunan derajat kristalinitas) yang telah

mengalami pengeringan. Pulp dikeringkan melalui pengeringan udara, displacement dan

kering beku, kemudian dimasak menggunakan NaOH, LiOH, dan KOH pada suhu

165ºC selama 2 jam lalu dikeringkan kembali menggunakan metode yang sama.

Pengukuran nilai kristalinitas menggunakan alat XRD 7000 X-Ray Diffractometer. Hasil

penelitian menunjukkan bahwa nilai kristalinitas terendah (27.03%) diperoleh dari

pengeringan udara dari selulosa yang dikembangkan dengan NaOH konsentrasi 20%.

Metode ini dapat digunakan sebelum proses hidrolisis dalam produksi bioetanol. Nilai

kehilangan bobot pulp terutama dipengaruhi oleh konsentrasi larutan alkali yang

digunakan, dimana peningkatan konsentrasi cenderung meningkatkan degradasi

komponen kimia bahan. Pengembangan dengan alkali cenderung mengubah fase kristal

Iα selulosa menjadi fase kristal Iβ.

Kata kunci : perlakuan alkali, kristalinitas, pulp kayu jabon.

ABSTRACT

HARDIANSYAH VASPINTRA. The Crystallinity of the Pulp Fiber of Jabon

Wood (Anthocephalus cadamba Miq.) Treated by Various Alkaline and Drying

Methods. Under the supervision of NYOMAN JAYA WISTARA.

Bioethanol is renewable energy alternative for the decreasing stock of fosil based

energy. However, the crystalline nature of cellulose complicates the production of cost-

competitive bioethanol. Pretreatment of cellulose is then required to facilitate hydrolysis

process in order to increase the yield of bioethanol. The objective of this research was to

obtain an appropriate alkaline and method of treatment capable of reswelling dried pulp

to the satisfying degree of cellulose crystallinity. In the present works, pulp was dried

through air drying, displacement drying, and freeze drying method. Proceeding of

drying, pulp was reswelled with various concentrations of NaOH, LiOH, and KOH at

165ºC for 2 hours, and then redried with the same methods. The measurement of

crystallinity was done by using XRD 7000 X-Ray Diffractometer. It was found that air

drying method of reswelled pulp with 20% NaOH resulted in the lowest pulp

crystallinity (27.03%). This method was thought capable of increasing hydrolysis rate of

cellulose in the production of cellulosic-based bioethanol. Alkaline treatment was

possibly only degrading hemicelluloses component of the pulp, thus there was no

consistent relationship between pulp crystallinity and material loss during alkaline

reswelling processes. Alkaline treatment shifted the Iα crystalline phase of cellulose to Iβ

crystalline phase.

Keywords : alkaline treatment, crystallinity, jabon wood, reswelling, drying methods.

KRISTALINITAS SERAT PULP KAYU JABON

(Anthocephalus cadamba Miq.) DENGAN PERLAKUAN BERAGAM

JENIS ALKALI DAN METODE PENGERINGAN

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Kehutanan

pada

Departemen Hasil Hutan

HARDIANSYAH VASPINTRA

DEPARTEMEN HASIL HUTAN

FAKULTAS KEHUTANAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2014

Judul Skripsi : Kristalinitas Serat Pulp Kayu Jabon (Anthocephalus cadamba Miq.)

dengan Perlakuan Beragam Jenis Alkali dan Metode Pengeringan

Nama : Hardiansyah Vaspintra

NIM : E24090034

Disetujui oleh

Nyoman Jaya Wistara, Ph.D

Pembimbing

Diketahui oleh

Prof Dr Ir Fauzi Febrianto, MS

Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

PRAKATA

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat, hidayah dan

karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian serta penyusunan skripsi

yang berjudul “Kristalinitas Pulp Kayu Jabon (Anthocephalus cadamba Miq.)

dengan Perlakuan Beragam Jenis Alkali dan Metode Pengeringan”. Skripsi ini

merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Kehutanan di Fakultas

Kehutanan Institut Pertanian Bogor.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu

dalam proses penyusunan skripsi mulai dari awal hingga akhir, terutama kepada

Nyoman Jaya Wistara, Ph.D selaku dosen pembimbing yang dengan sabar dan penuh

keikhlasan telah memberikan bimbingan serta arahannya selama penelitian. Penulis

sepenuhya menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu,

penulis terbuka atas kritik dan saran membangun untuk menyempurnakan pengetahuan

yang tertuang dalam skripsi ini. Harapan penulis semoga skripsi ini dapat memenuhi

tujuan penyusunan serta memberikan manfaat bagi pembaca sekalian.

Bogor, Agustus 2014

Hardiansyah Vaspintra

i

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI i

DAFTAR TABEL ii

DAFTAR GAMBAR ii

PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Tujuan Penelitian 2

Manfaat Penelitian 2

METODE 2

Perlakuan Alkali 2

Pengukuran Kristalinitas 3

Pengukuran Kehilangan Bobot 3

Analisis Data 3

HASIL DAN PEMBAHASAN 4

SIMPULAN 7

DAFTAR PUSTAKA 7

RIWAYAT HIDUP 9

ii

DAFTAR TABEL

1. Nilai kristalinitas serat selulosa hasil perlakuan 4

2. Struktur kristal serat selulosa dengan perlakuan alkali dan metode

pengeringan 5

3. Nilai kehilangan bobot sampel hasil perlakuan 6

DAFTAR GAMBAR

1. Alur proses perlakuan hingga pengukuran kristalinitas 3

1

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Persediaan energi berbasis fosil semakin menurun dengan konsumsi yang

semakin meningkat menyebabkan sumber energi alternatif perlu dicari. Biomassa

menjadi alternatif potensial bagi sumber energi fosil karena ketersediaannya yang

melimpah dan bersifat terbarukan. Biomassa dapat dikonversi secara biologis menjadi

bahan kimia seperti etanol, metanol, butanol dan lainnya (Junchen et al. 2012).

Indonesia memiliki potensi besar untuk memproduksi energi biomassa atau

bioenergi. Bioetanol merupakan energi biomassa terbarukan yang dianggap sebagai

energi bersih karena penggunaannya dapat mengurangi konstribusi terhadap emisi

karbon monoksida (Demirbas 2005). Biomassa dapat diklasifikasikan ke dalam tiga

jenis, yaitu biomassa bergula, berpati dan berselulosa (Lin dan Tanaka 2006).

Di beberapa negara, dewasa ini sebagian besar bioetanol diproduksi dari bahan

baku selulosa (Lin dan Tanaka 2006). Kurang lebih 90% bioetanol dunia berasal dari

tanaman pangan, dimana 60% berasal dari gula tebu dan gula bit sedangkan sisanya dari

bahan berpati terutama pati jagung (Zaldivar et al. 2001). Penggunaan bahan pangan

sebagai bahan baku etanol akan menyebabkan harga makanan meningkat (Erdei et al.

2010). Produksi etanol dari biji-bijian dan tanaman pakan seperti kentang dan sorgum

yang dilakukan di Cina dikhawatirkan akan menyebabkan kekurangan makanan

sehingga produksi bioetanol seharusnya diutamakan berbasis limbah pertanian (Junchen

et al. 2012).

Biomassa merupakan pilihan terbaik untuk bahan baku etanol karena

ketersediaannya yang melimpah dengan harga relatif terjangkau. Produksi etanol

menggunakan bahan berlignoselulosa dapat mengurangi biaya bahan baku

dibandingkan penggunaan jagung (Sun dan Cheng 2002). Jenis biomassa berselulosa

paling melimpah adalah kayu. Jabon (Anthocephalus cadamba Miq.) merupakan salah

satu jenis kayu potensial untuk dikembangkan sebagai bahan baku etanol karena jabon

memiliki kadar selulosa relatif tinggi (37.65 – 45.52 %) dan kadar lignin relatif rendah

(25.27 – 30.47 %) (Emil 2013). Menurut Sapulete dan Kapisa (1994), kayu jabon tidak

cocok dijadikan bahan konstruksi karena memiliki kelas kuat IV dan kelas awet V. Oleh

karena itu, salah satu alternatif pemanfaatan kayu jabon adalah untuk bahan baku

bioetanol.

Produksi bioetanol berbasis biomassa menggunakan beberapa tahapan yaitu

praperlakuan, hidrolisis dan fermentasi. Praperlakuan merupakan langkah penting untuk

meningkatkan pembentukan gula, menghindari degradasi karbohidrat, menghindari

pembentukan produk samping yang menghambat proses hidrolisis dan fermentasi, dan

efesiensi biaya (Sun dan Cheng 2002). Praperlakuan berbasis fisik, kimia dan biologi

adalah yang umum diterapkan (Zheng et al. 2009). Praperlakuan bertujuan untuk

menghilangkan lignin, mengurangi derajat kristalinitas selulosa, dan meningkatkan luas

permukaan dari biomassa, yang mengakibatkan substrat lignoselulosa lebih mudah

dicerna (Mishima et al. 2006).

Proses hidrolisis enzimatik banyak dipergunakan untuk hidrolisis bahan

berlignoselulosa karena efektif dioperasikan pada kondisi dengan pH dan suhu moderat,

dan tanpa hasil samping (Caroline 1998). Proses ini dilakukan untuk memutuskan

ikatan struktur kristalin pada selulosa sehingga membuka molekul hemiselulosa dan

selulosa yang dapat difermentasi menjadi etanol (Demirbas 2005).

Di dalam dinding sel, selulosa membentuk lapisan dengan daerah kristalin dan

amorf. Tingkat kristalinitas selulosa dapat mencapai 50 - 90% (Foyle et al. 2007).

2

Kristalinitas berperan penting dalam menentukan laju hidrolisis selulosa (Hall et al.

2010). Bahan pengembang yang bersifat basa seperti LiOH, NaOH dan KOH terbukti

mampu mengembangkan selulosa kertas daur ulang secara signifikan (Wistara dan

Young 1999). Selain itu bahan alkali mampu mengurangi kehilangan gula yang

dihasilkan dibandingkan menggunakan bahan asam (González et al. 1986).

Peningkatan kristalinitas pulp akibat pengeringan menyulitkan hidrolisis selulosa

menjadi gula sederhana dan menurunkan rendemen bioetanol. Oleh karena itu, metode

penurunan kristalinitas pulp untuk produksi bioetanol sangat penting untuk dicari dan

dikembangkan.

Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan metode yang efektif untuk

menurunkan kristalinitas selulosa dari pulp yang telah mengalami pengeringan.

Manfaat Penelitian

Penelitian ini dapat memberikan informasi mengenai metode pengembangan

kembali serat pulp yang mengalami pengeringan. Metode yang ditemukan diharapkan

dapat menghemat waktu proses produksi bioetanol.

METODE

Perlakuan Alkali

Sampel pulp kraft kayu jabon diperoleh dari hasil penelitian Pulungan (2013).

Kadar air pulp ditentukan mengacu pada SNI 08-7070 2005. Pulp dikeringkan melalui

metode pengeringan udara, pengeringan displacement dan pengeringan beku.

Pengeringan udara dilakukan dalam sebuah nampan dimana sampel pulp ditutup dengan

kertas tisu untuk menghindari kotoran dan dibiarkan selama 2 – 3 hari hingga kering

udara. Pengeringan displacement dilakukan dengan merendam pulp 3 kali dalam

alkohol masing-masing selama 3 jam, selanjutnya pulp direndam 3 kali dalam benzena

masing-masing selama 3 jam. Setelah perendaman dengan benzena, pulp dihampakan

selama 2x24 jam hingga kering udara. Dalam pengeringan beku, pulp basah dibekukan

terlebih dahulu kemudian disublimasi menggunakan alat Freeze Dry FDU-1100 selama

2x24 jam hingga kering.

Pulp yang telah dikeringkan kemudian dikembangkan kembali melalui pemasakan

menggunakan LiOH, NaOH, dan KOH dengan konsentrasi 15, 20, dan 25% pada suhu

165ºC selama 2 jam. Setelah itu, pulp dikeringkan dengan metode pengeringan udara,

pengeringan displacement dan pengeringan beku sebelum pengukuran kristalinitasnya.

Urutan proses penelitian disajikan pada Gambar 1.

3

Gambar 1 Alur Proses Perlakuan hingga Pengukuran Kristalinitas

Pengukuran Kristalinitas

Dalam penelitian ini alat XRD 7000 X-Ray Diffractometer digunakan untuk

menentukan struktur kristal, perubahan fasa dan derajat kristalinitas sampel pulp.

Sebanyak ± 2 gram sampel pulp dimasukan ke dalam pemegang sampel berukuran

2x2cm yang kemudian dikait pada diffraktometer. Pemindaian sampel dilakukan

dengan sudut awal 10º, sudut akhir 60º, dan kecepatan analisa 2º per menit. Kemudian

intensitas difraksi dari wilayah kristal dan bukan kristal dipisahkan menggunakan

metode komputerisasi (Vonk 1973). Jenis fase kristal didapat dari penghitungan struktur

kristal pulp menggunakan rumus sebagai berikut (Wada dan Okano 2001):

Keterangan:

Z = struktur kristal

d1 = nilai peak antara 0.59 – 0.62 nm

d2 = nilai peak antara 0.52 – 0.55 nm

Nilai struktur kristal lebih dari nol menunjukkan struktur Iα (triclinic) dan jika

kurang dari nol menunjukkan struktur Iβ (monoclinic).

Pengukuran Kehilangan Bobot

Persentase kehilangan bobot ditentukan untuk mengetahui tingkat degradasi serat

pulp oleh larutan alkali. Persentase kehilangan bobot akibat perlakuan alkali dihitung

menggunakan rumus berikut:

Kehilangan bobot (%) = -

× 100%

Analisis Data

Data struktur kristal, nilai kristalinitas pulp dan kehilangan bobot pulp dibahas

secara deskriptif dan ditampilkan dalam bentuk tabel.

Pengembangan kembali

dengan perlakuan:

LiOH 15%, 20%, 25%

NaOH 15%, 20%, 25%

KOH 15%, 20%, 25%

Kontrol (tanpa larutan)

Pengeringan:

- Kering udara

- Displacement

- Kering beku

Pengukuran kristalinitas

untuk sampel kontrol

sebelum pengembangan

dengan basa

Sampel Pulp

Pengeringan:

- Kering Udara

- Displacement

- Freeze Dry

Pengukuran kristalinitas

4

HASIL DAN PEMBAHASAN

Bahan berlignoselulosa tersusun atas selulosa, hemiselulosa, lignin dan zat-zat

ekstraktif. Secara umum, dinding sel terdiri dari 40 - 55% selulosa, 24 - 40%

hemiselulosa dan 18 - 25% lignin (Sun dan Cheng 2002). Selulosa merupakan polimer

polisakarida berantai lurus yang tersusun atas unit-unit glukosa. Selulosa perlu

dihidrolisis menjadi gula sederhana sebelum difermentasi menjadi etanol.

Kristalinitas serat selulosa yang mengalami pengeringan cenderung meningkat,

sehingga untuk meningkatkan laju hidrolisisnya serat perlu dikembangkan terlebih

dahulu. LiOH, NaOH dan KOH terbukti mampu mengembangkan selulosa kertas daur

ulang secara signifikan (Wistara dan Young 1999). Praperlakuan merupakan salah satu

tahap penting dalam proses konversi karena dapat mengubah karakteristik lignoselulosa

menjadi lebih mudah diakses oleh enzim (Kristensen 2008).

Kristalinitas pulp menunjukkan persentase daerah kristalin dalam serat pulp.

Nilai kristalinitas pulp hasil penelitian ini disajikan dalam Tabel 1.

Tabel 1 Nilai kristalinitas serat selulosa hasil perlakuan

Pelakuan

Alkali Konsentrasi (%)

Metode Pengeringan

Solvent

displacement Pengeringan Udara Pengeringan beku

Kristalinitas (%)

Kontrol Sebelum pemasakan 38.92 35.69 39.08

Setelah pemasakan 42.64 40.81 39.2

LiOH

15 37.87 37.18 40.58

20 30.08 41.34 39.42

25 31.63 41.91 37.81

NaOH

15 37.4 34.27 39.78

20 38.15 27.03 40.61

25 38.97 30.41 36.7

KOH

15 34.8 34.56 38.23

20 38.85 36.59 39.62

25 35.15 43.01 38.48

Perlakuan dengan alkali diharapkan mampu menurunkan derajat kristalinitas

pulp yang telah mengalami pengeringan. Pengeringan displacement pada perlakuan

dengan LiOH dan KOH memberikan hasil yang diharapkan, yaitu terjadi penurunan

nilai kristalinitas setelah perlakuan dengan alkali pada setiap konsentrasinya. Perlakuan

dengan larutan NaOH pada konsentrasi 15% dan 20% memberikan hasil yang

diharapkan sedangkan pada konsentrasi 25% meningkatkan kristalinitas pulp ketika

dikeringkan dengan metode pengeringan displacement. Pengeringan udara pada

perlakuan NaOH untuk setiap konsentrasinya dan perlakuan KOH untuk konsentrasi

15% memberikan hasil yang diharapkan. Sedangkan perlakuan dengan LiOH pada

setiap konsentrasinya dan perlakuan dengan KOH pada konsentrasi 20% dan 25%

meningkatkan kristalinitas pulp ketika dikeringkan dengan metode pengeringan udara.

Pengeringan beku pada perlakuan LiOH untuk konsentrasi 25%, perlakuan NaOH untuk

konsentrasi 25%, perlakuan KOH untuk konsentrasi 15% dan 25% memberikan hasil

yang diharapkan. Sedangkan perlakuan dengan LiOH dan NaOH pada konsentrasi 15%

5

dan 20% serta perlakuan dengan KOH pada konsentrasi 20% meningkatkan kristalinitas

pulp ketika dikeringkan dengan metode pengeringan beku. Hal ini dipengaruhi oleh

jenis alkali dan metode pengeringan yang digunakan. Hall et al. (2010) menyatakan

bahwa memang metode pengeringan berpengaruh terhadap variasi kristalinitas, hal ini

dikarenakan kadar air dan konsentrasi yang menyebabkan perubahan struktur sampel.

Nilai kristalinitas untuk sampel kontrol menunjukkan peningkatan setelah

pemasakan. Hal ini disebabkan karena pulp mengalami pengeringan berulang sehingga

kristalinitas meningkat. Larutan alkali dapat memberikan pengaruh pada nilai

kristalinitasnya, hal ini dilihat dari nilai kristalinitas yang berbeda-beda pada sampel

perlakuan. Nilai kristalinitas paling rendah dari pengeringan displacement sebesar

30.08% pada perlakuan LiOH dengan konsentrasi 20%, pengeringan udara sebesar

27.03% pada perlakuan NaOH dengan konsentrasi 20%, dan pengeringan beku sebesar

36.7% pada perlakuan NaOH dengan konsentrasi 25%. Nilai kristalinitas paling rendah

dari ketiga nilai tersebut yaitu perlakuan dengan NaOH pada konsentrasi 20% dengan

metode pengeringan udara. Sehingga perlakuan menggunakan larutan NaOH

berkonsentrasi 20% dengan pengeringan kering udara merupakan perlakuan paling baik

yang dapat digunakan sebelum proses hidrolisis dibandingkan perlakuan menggunakan

pengeringan discplacement dan pengeringan beku.

NaOH diduga dapat merusak beberapa ikatan internal hidrogen di dalam

selulosa sehingga memungkinkan air dapat masuk ke dalam serat dan meningkatkan

daya kembang seratnya. NaOH menyebabkan pengaturan ulang struktur rantai dan

merusak kristal selulosa sehingga derajat kristalinitasnya menurun (Maryana et al.

2014). Selain bersifat mengembangkan serat, NaOH mendegradasi lignin dan

hemiselulosa sehingga molekul bergerak lebih bebas yang menyebabkan meningkatnya

laju hidrolisis dan rendemen gula (Carrillo et al. 2005).

Nilai kristalinitas digunakan untuk menentukan jenis struktur kristal pada

sampel pulp. Hasil perhitungan struktur kristal disajikan pada Tabel 2.

Tabel 2 Struktur kristal serat selulosa dengan perlakuan alkali dan metode pengeringan.

Perlakuan

Alkali

Konsentrasi

(%)

Metode Pengeringan

Solvent

displacement

Pengeringan

Udara

Pengeringan

beku

Z Struktur Z Struktur Z Struktur

Kontrol

Sebelum

pemasakan 57.784 Iα 15.292 Iα -33.858 Iβ

Setelah

pemasakan 52.598 Iα 1.332 Iα -48.266 Iβ

LiOH

15 -24.728 Iβ -40.002 Iβ -55.654 Iβ

20 -38.582 Iβ 27.431 Iα -13.279 Iβ

25 -32.093 Iβ -12.757 Iβ -37.530 Iβ

NaOH

15 -14.489 Iβ -43.768 Iβ -57.235 Iβ

20 -52.664 Iβ -7.717 Iβ -22.185 Iβ

25 26.788 Iα -59.893 Iβ -19.531 Iβ

KOH

15 -22.507 Iβ -41.138 Iβ -25.872 Iβ

20 -34.370 Iβ -44.116 Iβ -49.108 Iβ

25 -36.459 Iβ -46.464 Iβ -58.647 Iβ

Iα = triclinic, Iβ = monoclinic

6

Tabel 2 menunjukkan bahwa pulp kontrol memiliki fase kristal Iα dan semua

sampel yang mendapatkan perlakuan alkali memiliki fase kristal Iβ. Dari hasil sampel

perlakuan alkali diduga bahwa fase kristal Iβ lebih stabil secara termodinamika

dibanding fase kristal Iα sedangkan fase kristal Iα mengalami konversi menjadi kristal Iβ

selama pemanasan (Kontturi 2005). Fase kristal Iα umumnya terdapat dipermukaan

mikrokristal sehingga lebih mudah terdegradasi daripada struktur kristal Iβ (Wada dan

Okano 2001).

Nilai kehilangan bobot dari sampel pulp dihitung untuk mengetahui hubungan

nilai kehilangan bobot dengan nilai kristalinitas. Hasil perhitungan kehilangan bobot

setelah pemasakan disajikan pada Tabel 3.

Tabel 3 Nilai kehilangan bobot sampel hasil perlakuan.

Perlakuan

Alkali Konsentrasi (%)

Metode Pengeringan

Solvent

displacement Pengeringan Udara Pengeringan Beku

Kehilangan Bobot (%)

Kontrol - 15.07 3.09 7.27

LiOH

15 16.60 25.17 20.02

20 22.06 21.05 20.87

25 32.78 24.70 23.26

NaOH

15 9.89 19.09 20.41

20 24.14 18.39 22.03

25 21.84 22.47 27.34

KOH

15 18.49 16.48 20.38

20 18.55 19.05 24.75

25 31.11 23.26 36.31

Tabel 3 menunjukkan bahwa untuk pulp kontrol pengeringan udara menyebabkan

kehilangan bobot terendah (3.1%) dan pengeringan displacement menyebabkan

kehilangan bobot tertinggi (15.1%). Peningkatan konsentrasi alkali pada perlakuan

pengembangan pulp meningkatkan kehilangan bobot, yang kemungkinan disebabkan

oleh meningkatnya degradasi hemiselulosa sebagaimana dilaporkan terjadi pada pulping

kraft kayu melinjo (Laksono 2008). Hemiselulosa bersifat non-kristalin dan mudah

mengembang, lebih mudah larut dalam pelarut alkali dan lebih mudah dihidrolisis

dengan asam (Pasaribu dkk. 2007). Nampaknya penurunan kristalinitas pulp tidak

berhubungan dengan kehilangan bobot. Hal ini kemungkinan menjadi indikasi bahwa

kehilangan bobot tidak disebabkan oleh degradasi komponen kristalin atau pun

komponen amorf selulosa, melainkan terutama karena degradasi hemiselulosa dalam

sampel pulp.

Metode pengembangan serat pulp yang baik dapat menurunkan kristalinitas pulp

secara efektif. Metode dan jenis alkali yang dapat mengembangkan selulosa dengan

baik akan mempermudah proses hidrolisis dan diharapkan membuat keseluruhan proses

lebih ekonomis karena mengurangi waktu proses pembuatan bioetanol (Hall et al.

2010).

7

SIMPULAN

Pengeringan udara dari pulp yang dikembangkan dengan larutan NaOH

konsentrasi 20% menghasilkan pulp dengan kristalinitas terendah (27.03%) sehingga

dapat dianggap sebagai metode pengembangan selulosa paling baik. Metode ini dapat

dipertimbangkan sebagai cara untuk mengembangkan serat selulosa yang telah

mengalami pengeringan berulang dalam produksi bioetanol. Peningkatan konsentrasi

alkali diduga hanya efektif dalam mendegradasi hemiselulosa sehingga tidak

berpengaruh terhadap penurunan kristalinitas serat selulosa. Hal ini ditunjukkan oleh

tidak adanya hubungan konsisten antara nilai kehilangan bobot dan nilai kristalinitas

serat selulosa. Perlakuan alkali mengubah fase kristal selulosa Iα menjadi fase kristal Iβ. Hal ini dapat menurunkan reaktifitas selulosa dalam proses hidrolisis. Efektifitas setiap

metode pengembangan selulosa dalam penelitian ini dapat dipastikan dengan

melakukan hidrolisis dan menentukan tingkat gula pereduksi yang dihasilkan.

DAFTAR PUSTAKA

Caroline Z, Debeire P. 1998. Hydrolysis of wheat straw by thermostable endoxylanase:

absorption and kinetics studies. Enzyme Microb Technol. 22:58-63

doi:10.1016/S0141-0229(97)00105-1.

Carrillo F, Lis MJ, Colom X, LÓpez-Mesas M, Valldeperas J. 2005. Effect of alkali

pretreatment on cellulose hydrolysis of wheat straw: Kinetic study. Process Biochem.

40:3360-3364. Demirbas A. 2005. Bioethanol from cellulosic material: a renewable motor fuel from

biomass. Energy Sources. 27:327-337.

Erdei B, Barta Z, Sipos B, Reczey K, Galbe M, Zacchi G. 2010. Ethanol production from

mixtures of wheat straw and wheat meal. Biotechnol Biofuels. 3(16):1-9.

Emil N. 2013. Analisis komponen kimia dan dimensi serat kayu jabon [skripsi]. Bogor

(ID): Institut Pertanian Bogor. Foyle T, Jennings L, Mulcahy P. 2007. Compositional analysis of lignocellulosic materials:

evaluation of methods used for sugar analysis of waste paper and straw. Bioresour

Technol. 98:3026-3036.

González G, López-Santín J, Caminal G, Solá C. 1986. Dilute acid hydrolysis of wheat

straw hemicellulose at moderate temperature: a simplified kinetic model. Biotechnol

Bioeng. 28:288-293.

Hall M, Bansal P, Lee JH, Realff MJ, Bommarius AS. 2010. Cellulose crystallinity – a key

predictor of the enzymatic hydrolysis rate. Chem Biomol Eng. 277:1571-1582.

Junchen L, Irfan M, Lin F. 2012. Bioconversion of agricultural waste to ethanol: a

potential source of energy. Archives Des Sciences. 65:12. Kontturi EJ. 2005. Surface Chemistry of Cellulose: from Natural Fibers to Model Surfaces.

Eindhoven (FI): Universiteitsdrukkerij, Eindhoven University of Technology p:4.

Kristensen JB. 2008. Enzymatic Hydrolysis of Lignocellulose, Substrate Interactions

and High Solids Loadnings. Frederiksberg (DK): Prinfo Aalborg. Forest &

Landscape Research No.42 p:15.

Laksono R. 2008. Kelarutan komponen kimia kayu reaksi Melinjo (Gnetum gnemon L.)

selama proses pulping kraft [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Lin Y, Tanaka S. 2006. Ethanol fermentation from biomass resources: current state and

prospects. Appl Microbiol Biotechnol. 69:627-642.

8

M y R, M ’ f u D, Wheni AI, Satriyo KW, Rizal WA. 2014. Alkaline

pretreatment on sugarcane bagasse for bioethanol production. Energy Procedia.

47:250-254.

Mishima D, Tateda M, Ike M, Fujita M. 2006. Comparative study on chemical

pretreatment to accelerate enzymatic hydrolysis of aquatic macrophyte biomass used

in water purification processes. Bioresour Technol. 97:2166-2172.

Pasaribu G, Sipayung B, Pari G. 2007. Analisis komponen kimia empat jenis kayu asal

Sumatera Utara. Jurnal Penelitian Hasil Hutan. 25(4):1-11. Pulungan WSA. 2013. Pengaruh umur dan alkali aktif terhadap sifat-sifat pulp kraft kayu

jabon (Anthocephalus cadamba Miq.) [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Sapulete E, Kapisa N. 1994. Informasi teknis tanaman jabon (Anthocephalus cadamba

Miq). Buletin Penelitian Kehutanan. 10(3):183-195.

Sun Y, Cheng J. 2002. Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production: a

review. Bioresour Tehchnol. 83:1-11

Vonk CG. 1973. Computerization of rulands X-ray method for determination of the

crystallinity in polymers. Appl Crystallogr. 6:148-152

doi:10.1107/S0021889873008162.

Wada M, Okano T. 2001. Localization of Iα and Iβ phases in algal cellulose revealed by

acid treatments. Cellulose. 8:183-188. Wistara N, Young RA. 1999. Properties and treatments of pulps from recycled paper.

Part I. Physical and chemical properties of pulps. Cellulose. 6:291-324.

Zaldivar J, Neilsen J, Olsson L. 2001. Fuel ethanol production from lignocellulose: a

challenge for metabolic engineering and process integration. Appl Microbiol

Biotechnol. 56:17-34.

Zheng Y, Pan Z, Zhang R. 2009. Overview of biomass pretreatment for cellulosic

ethanol production. Int J Agric Biol Eng. 2(3):51-68.

9

RIWAYAT HIDUP

Penulis lahir di Pagar Alam pada tanggal 02 Mei 1990 dari pasangan M. Idris dan

Astia Yulizah. Penulis adalah anak kedua dari tiga bersaudara. Tahun 2009 penulis lulus

dari SMA Negeri 3 Prabumulih dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk

Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan

diterima di Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan. Tahun 2012 penulis memilih

bagian Kimia Hasil Hutan sebagai bidang keahlian.

Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif dalam organisasi Himpunan

Mahasiswa Hasil Hutan (HIMASILTAN) sebagai pengurus divisi eksternal pada

periode 2010-2011 dan 2011-2012, Badan Eksekutif Mahasiswa (BEM) Fakultas

Kehutanan sebagai pengurus divisi eksternal pada periode 2010-2011, dan organisasi

Ikatan Keluarga Mahasiswa Bumi Sriwijaya (IKAMUSI) sebagai sekretaris umum pada

periode 2010-2011, serta aktif dalam berbagai kepanitiaan lainnya. Tahun 2011 penulis

melaksanakan Praktik Pengenalan Ekosistem Hutan (PPEH) di Sancang Timur-

Papandayan Jawa Barat, melaksanakan Praktik Pengelolaan Hutan (PPH) di Hutan

Pendidikan Gunung Walat Sukabumi pada tahun 2012, serta praktik kerja lapang (PKL)

di PT Pura Barutama Kudus pada tahun 2013. Penulis juga mendapatkan beasiswa Coca

Cola Foundation Indonesia pada tahun 2012.

Dalam penyelesaian studi di IPB, penulis melakukan penelitian dengan judul

Kristalinitas Serat Pulp Kayu Jabon (Anthocephalus cadamba Miq.) dengan Perlakuan

Beragam Jenis Alkali dan Metode Pengeringan di bawah bimbingan Nyoman Jaya

Wistara, Ph.D.