TINJAUAN PUSTAKA

Tandan Kosong Kelapa Sawit

Kelapa sawit adalah tanaman perkebunan berupa pohon berbatang lurus

dari famili palmae. Tanaman tropis ini dikenal sebagai penghasil minyak goreng.

Menurut Loebis 1992, tanaman kelapa sawit diperkirakan berasal dari Guinea,

pantai barat Afrika yang kemudian menyebar sampai ke Indonesia. Tanaman ini

memiliki nama latin Elaeis guineensis JACQ dengan taksonomi sebagai berikut :

Dunia : Plantae

Divisi : Tracheophyta

Kelas : Angiospermae

Ordo : Cocoideae

Famili : Palmae

Genus : Elaeis

Species : Elaeis guineensis JACQ

Gambar 1 TKKS

Tandan kosong kelapa sawit merupakan limbah utama dari industri

pengolahan kelapa sawit menjadi minyak sawit. Persentase limbah TKKS adalah

23% dari tandan buah segar, sedangkan persentase serat dan cangkang biji

masing masing adalah 13% dan 5,5% dari tandan buah segar (Peni, 1995).

Komponen utama dari limbah padat kelapa sawit adalah selulosa dan lignin

sehingga limbah ini disebut juga limbah lignoselulosa (Darnoko, 1992).

Komposisi kimiawi tandan kosong kelapa sawit dapat dilihat pada Tabel 1

6

Tabel 1 Komposisi kimiawi tandan kosong kelapa sawit

Komponen % bobot kering

Selulosa

Hemiselulosa

Lignin

Kadar abu

Kadar air

45,95

22,84

16,49

1,23

3,74

Darnoko (1992)

Tandan kosong kelapa sawit mempunyai tiga komponen utama yaitu

selulosa, hemiselulosa dan lignin. Limbah TKKS memiliki kandungan

holoselulosa (selulosa dan hemiselulosa) yaitu sekitar 70% dan kandungan lignin

sekitar 17% ( Peni, 1995). Hasil penelitian Darnoko (1992) juga menunjukkan

hasil yang serupa, TKKS mengandung selulosa 45,95%, hemiselulosa 22,84%

dan lignin 16,49%. Selulosa adalah rantai lurus homopolisakarida yang tersusun

atas unit-unit D-glukosa. Hemiselulosa merupakan polisakarida yang berikatan

dengan selulosa pada bagian tanaman yang telah mengalami delignifikasi. Lignin

merupakan polimer fenolik (Artiningsih et al. 2000). Lignin akan menghalangi

pemanfaatan selulosa dari bahan lignoselulosa secara optimal. Oleh karena itu

pada penelitian ini perlu dilakukan proses delignifikasi terlebih dahulu pada

limbah TKKS dengan jamur pelapuk putih (JPP) Omphalina sp

Tandan kosong kelapa sawit mempunyai potensi untuk digunakan sebagai

sumber glukosa melalui proses hidrolisis dengan asam atau enzim. Larutan gula

yang dihasilkan selanjutnya dapat dikonversikan menjadi berbagai produk seperti

asam-asam organik, pelarut etanol, butanol, aseton, xanthan, protein sel tunggal,

zat antibiotik dan berbagai produk lainnya. Pemanfaatan limbah kelapa sawit

dengan teknologi biokonversi diharapkan dapat memberikan nilai tambah yang

cukup besar. (Darnoko, 1992)

7

Komponen Kimia Bahan Lignoselulosa

Bahan berselulosa yang terdapat di alam umumnya mengandung selulosa,

hemiselulosa, dan lignin.

Selulosa

Selulosa merupakan konstituen utama kayu sekitar 40-45% bahan kering

kayu baik pada kayu berdaun jarum maupun lebar. Di dalam dinding sel kayu,

selulosa berfungsi untuk memberikan kekuatan. Selulosa merupakan bahan kimia

organik yang memiliki berat molekul tinggi dan merupakan homopolimer rantai

panjang dengan monomer glukosa yang saling berikatan dengan ikatan β-1,4

glikosida (Janes, 1969). Struktur selulosa dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2 Struktur selulosa (Janes, 1969)

Serat selulosa terdapat di dalam dinding sel tanaman dan material vegetatif

lainnya. Susunan dinding sel terdiri dari lamela tengah (M), dinding primer (P),

serta dinding sekunder yang terbentuk selama pertumbuhan dan pendewasaan sel

dan terdiri dari lamela transisi (S1), dinding sekunder utama (S2), dan dinding

sekunder bagian dalam (S3) (Gambar 3). Dibandingkan dengan dinding primer,

dinding sekunder lebih tebal dan mengandung mayoritas selulosa (Judoamidjojo

et al. 1989).

8

Gambar 3 Susunan dinding sel (Tsao et al didalam Judoamidjojo et al. 1989)

Menurut Judoamidjojo et al. (1989), secara alamiah molekul selulosa

tersusun dari fibril yang terdiri dari beberapa molekul selulosa paralel yang

dihubungkan dengan ikatan hidrogen. Pada kayu, fibril-fibril membentuk struktur

kristal yang dibungkus oleh lignin. Lignin berperan sebagai pelindung selulosa

dari serangan enzim pemecah selulosa.

Kumpulan fibril disebut mikrofibril, sedangkan kumpulan mikrofibril

membentuk makrofibril. Bagian mikrofibril yang mengandung banyak ikatan

hidrogen bersifat sangat kuat, tidak dapat ditembus oleh air dan disebut bagian

kristalin. Bagian mikrofibril yang sedikit atau sama sekali tidak mengandung

ikatan hidrogen disebut bagian amorf (Tsao et al. 1978).

Berdasarkan kelarutannya, selulosa dapat dibedakan menjadi selulosa α, β,

dan γ. Selulosa α tidak larut dalam larutan natrium hidroksida pekat, selulosa β

larut dalam medium alkali tetapi tahan terhadap larutan netral, sedangkan selulosa

γ mudah larut walaupun dalam larutan netral (Fengel dan Wegener, 1989).

Hemiselulosa

Hemiselulosa adalah polisakarida yang berikatan dengan selulosa pada

bagian tanaman yang telah mengalami delignifikasi. Hemiselulosa terutama

terdapat pada bagian lamela tengah dari dinding sel tanaman (Gong dan Tsao,

1981).

Hemiselulosa merupakan heteropolimer bercabang dari glukosa, xylosa,

galaktosa, dan arabinosa (Cowling didalam Gaden et al. 1976). Rantai urutan

hemiselulosa hanya terdiri dari satu macam monomer (homopolimer), misalnya

9

xylan dan dapat juga dua atau lebih monomer, misalnya glukomanan (Fengel dan

Wegener, 1989). Struktur hemiselulosa dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4 Struktur hemiselulosa (Zabel dan Morrell, 1992)

Lignin

Lignin merupakan fraksi non karbohidrat yang bersifat kompleks dan sulit

dikarakterisasi. Pada dasarnya lignin merupakan polimer aromatik heterogen

dengan sistem jaringan yang bercabang serta tidak memiliki bentuk yang tetap

(Mc Donald dan Franklin, 1969). Lignin tersusun dari molekul-molekul yang

memiliki bobot molekul yang tinggi dengan unit dasar fenilpropana yang

dihubungkan dengan ikatan-ikatan karbon (C-C) dan eter (C-O-C) yang relatif

stabil (Casey, 1980).

Polimer lignin tidak dapat dikonversi ke monomernya tanpa mengalami

perubahan pada bentuk dasarnya (Casey, 1980). Lignin yang melindungi selulosa,

bersifat tahan terhadap hidrolisa disebabkan oleh adanya ikatan arilalkil dan

ikatan eter. Pada suhu tinggi, lignin dapat mengalami perubahan struktur dengan

membentuk asam format, metanol, asam asetat, aseton, vormil dan lain-lain.

Sedangkan bagian lainnya mengalami kondensasi (Judoamidjojo, 1989).

10

Gambar 5 Struktur lignin (Dellweg, 1983 di dalam Judoamidjojo, 1989)

Jamur Pelapuk Putih

Jamur pelapuk putih (white-rot fungi) adalah jamur yang beperan dalam

menguraikan bahan yang mengandung lignoselulosa. JPP secara cepat dan

ekstensif dapat menguraikan lignin dibandingkan dengan jamur pelapuk lunak

(soft-rot fungi), jamur pelapuk coklat (brown-rot fungi) (Bratasida, 1992; Singh &

Roymoulik, 1992). JPP termasuk dalam kelas basidiomycetes dan kelas ini

memiliki keragaman spesifik terbesar. Jamur ini umumnya mempunyai miselium

bersepta dan dikenal sebagai jamur yang membentuk tubuh buah yang besar dan

tinggi yang disebut basidiokarp. Pada basidiokarp ini terdapat kumpulan

basidiospora yang berbentuk gada (basidium). Miselium primer dihasilkan apabila

basidiospora berkecambah. Peleburan hifa primer akan menghasilkan miselium

sekunder. Miselium sekunder akan berkembang menjadi miselium tersier dan

membentuk basidiokarp (Suwanto et al. 1987).

JPP merupakan satu-satunya organisme yang mampu mendegradasi lignin

secara sempurna menjadi CO2 dan H2O (Buckley dan Dobson, 1998).

Keunikannya dalam kemampuan mendegradasi lignin sangat selektif sehingga

relatif tidak merusak serat selulosa (Srebotnik dan Messner, 1994). Walaupun

11

demikian beberapa jenis JPP ada juga yang dapat menguraikan selulosa dalam

jumlah banyak (Blanchette dan Burnes, 1988). Degradasi lignin dapat terjadi pada

daerah yang terbatas atau pada daerah yang luas. Degradasi lignin pada daerah

terbatas akan membentuk rongga, sedangkan pada daerah yang luas akan terjadi

perubahan warna putih dan kerapuhan (Fengel dan Wegener, 1989).

JPP dapat menyebabkan dekomposisi lignin, selulosa dan hemiselulosa

dengan memanfaatkannya sebagai sumber karbon kompleks atau sumber energi

(Setliff dan Eudy, 1980). Untuk memanfaatkan komponen tersebut, JPP harus

mengekresikan enzim-enzim yang dapat merombak hemiselulosa, selulosa dan

lignin menjadi unsur-unsur yang dapat diserap oleh dinding selnya. Kemampuan

JPP mendegradasi lignin dikarenakan produksi enzim ligninolitik. Enzim tersebut

antara lain lignin peroksidase, mangan peroksidase dan lakase (Buckley dan

Dobson, 1998; Hatakka, 1994; Kirk dan Chang, 1990). Mekanisme degradasi oleh

JPP dapat dibagi menjadi dua tahap yaitu tahap awal dan tahap lanjutan. Pada

tahap awal akan terjadi degradasi lignin oleh enzim yang dihasilkan JPP. Aktivitas

enzim ini akan menyebabkan kayu melunak dan pecah. Pada tahap lanjutan, JPP

menembus dan berkoloni di dalam sel-sel kayu, kemudian mengeluarkan enzim

yang berdifusi melalui lumen sel dan menyerang dinding sel (Sachs et al. 1990).

Penurunan berat dapat dijadikan parameter infeksi JPP pada suatu bahan.

Hal ini disebabkan lignin dan hemiselulosa terdegradasi oleh JPP menjadi suatu

polimer sederhana atau monomer. Degradasi akan menyebabkan penurunan kadar

lignin dan selulosa sehingga terjadi penurunan berat bahan secara langsung.

Semakin tinggi tingkat kerusakan oleh JPP maka penurunan berat akan semakin

besar. Selain penurunan dapat terjadi perubahan warna akibat degradasi pigmen

(zat ekstraktif) oleh jamur JPP mengakibatkan perubahan warna menjadi putih

(Warlinda, 2006).

Kemampuan ligninolitik beberapa jenis jamur terutama JPP digunakan

untuk mendegradasi lignin tanpa mengurangi kadar karbohidrat seperti pada

proses bio-pulping, bio-bleaching, dan pemanfaatan residu hutan serta komponen

lignoselulolitik lain sebagai pakan ternak. Di alam, JPP berperan sebagai

organisme saprofit yang berperan penting dalam siklus karbon (Boddy dan

Rayner, 1988).

12

Hidrolisis Lignoselulosa

Hidrolisis Kimiawi

Asam yang biasa digunakan untuk menghidrolisis selulosa adalah asam

sulfat, asam klorida, atau asam fosfat. Kelemahannya, asam menghidrolisis

selulosa secara acak, tanpa pola tertentu dalam pemutusan ikatan glikosidik

(Juanbaro dan Puigjaner, 1986). Oleh karena itu, menurut Grethlein didalam

Cowling (1975) hidrolisis asam harus dilakukan dalam kondisi yang tepat agar

tidak dihasilkan produk terdekomposisi yang tidak diinginkan. Pada umumnya

hidrolisis asam dilakukan dengan asam kuat encer pada suhu tinggi (Cowling,

1975).

Menurut Juanbaro dan Puigjaner (1986) laju hidrolisis dengan asam

dipengaruhi oleh suhu dan konsentrasi asam. Berdasarkan hasil penelitian di atas

dengan menggunakan asam sulfat 1 M suhu 80-96 OC meningkatkan rendemen

gula. Abasseed dan Lee (1991) mempelajari kinetika hidrolisis asam dari

potongan-potongan kecil kayu oak. Pada studi tersebut keterkaitan suhu reaksi

(198-215OC), konsentrasi asam sulfat (1-3%), ukuran kayu (0,1-2,5 cm) dan

lamanya proses dipelajari. Dari penelitian tersebut diperoleh hasil bahwa

peningkatan ukuran kayu akan meningkatkan waktu reaksi yang dibutuhkan dan

menurunkan rendemen maksimal glukosa yang diperoleh.

Hidrolisis Enzimatik

Hidrolisis secara enzimatik dari selulosa adalah salah satu diantara proses-

proses biokonversi limbah yang sangat potensial. Akan tetapi, proses hidrolisis

tersebut dihambat oleh struktur kimianya sendiri dan adanya ikatan alami selulosa

dengan hemiselulosa dan lignin, sehingga rendemen gula yang diperoleh

umumnya rendah. Perlakuan pendahuluan untuk melemahkan ikatan ini

diperlukan dalam pemecahan masalah ini. Berbagai metode telah dicoba untuk

meningkatkan laju hidrolisis lignoselulosa (Enari, 1983).

Caminal et al. (1985) mempelajari hidrolisis enzimatik selulosa oleh

enzim selulase dengan perlakuan pendahuluan perendaman dalam asam sulfat

70% (w/v) dilanjutkan represipitasi dengan metanol. Bahan yang digunakan untuk

13

percobaan tersebut adalah karboksi metil selulosa (CMC) dengan konsentrasi

14,29 g/L, sedangkan konsentrasi enzim selulase adalah 5,71 g/L. Hasil percobaan

tersebut memberikan informasi bahwa hidrolisis selulosa dipengaruhi oleh pH dan

suhu. Pada kisaran pH percobaan 4,0-5,5 didapatkan pH optimum aktifitas enzim

adalah 4,8. Enzim selulase mengalami deaktifitasi termal yang nyata pada suhu

diatas 45 OC pada saat penelitian dilakukan pada kisaran suhu 50 OC (Caminal et

al. 1985).

Torget et al. (1991) mempelajari pengaruh penambahan asam sulfat encer

sebagai perlakuan pendahuluan untuk hidrolisis enzimatik berbagai kayu keras.

Percobaan dengan asam pada konsentrasi 0,50-0,65% v/v, 95-250OC dan

hidrolisis enzimatik dengan cellulast pada pH 4,8 suhu 50 OC, setelah empat hari

menunjukkan bahwa tidak semua kayu keras dan dua jenis residu jagung tahan

terhadap hidrolisis enzimatik. Hasil terbaik diperoleh dari contoh NE-388 dengan

suhu perlakuan pendahuluan 160 OC selama 20 menit dengan rendemen selulosa

tercerna (glukosa total/total anhidroglukosa contoh) 82%. Kontrol untuk kayu tipe

tersebut memiliki rendemen 32%.

Penelitian yang sama dilakukan oleh Torget et al. (1991) terhadap tiga

jenis kayu keras dan dua jenis residu jagung. Hidrolisis pendahuluan dengan asam

sulfat encer pada suhu 140 dan 160 OC dengan waktu reaksi 5-60 menit terhadap

kelima contoh berhasil menghidrolisa seluruh hemiselulosa yang ada. Hidrolisis

pada suhu 160 OC lebih dianjurkan karena dihasilkan rendemen total yang lebih

tinggi. Lebih dari 90% selulosa dari kelima contoh dapat dihidrolisa secara

enzimatik bila digunakan suhu tersebut pada perlakuan pendahuluan.

Sinitsyn et al. (1991) mempelajari pengaruh struktur dan sifat

fisikokimiawi bahan berselulosa pada efisiensi hidrolisis enzimatik. Diperoleh

hasil bahwa ukuran partikel selulosa, derajat polimerisasi hanya sedikit

pengaruhnya terhadap efisiensi hidrolisis enzimatik. Percobaan hidrolisis bagase

dengan berbagai perlakuan pendahuluan menunjukkan bahwa hasil terbaik

(rendemen glukosa 9,1 g/L setelah 24 jam) diperoleh bila diberikan perlakuan

pendahuluan delignifikasi dengan 1% NaOH, dilanjutkan dengan 79% H3PO4.

Proses enzimatik pada penelitian ini menggunakan Trichorderma sp dan

bakteri selulolitik asal rayap.

14

Trichoderma sp.

Trichoderma sp. merupakan fungi kelas Deuteromycotina dari ordo

Monaliales dan famili Monaliaceae yang dikenal sejak tahun 1974. Trichoderma

dapat tumbuh hampir disemua tanah dan habitat lainnya. Trichoderma merupakan

fungi saprofit yang hidup dalam tanah, serasah dan kayu mati. Fungi ini tumbuh

diberbagai tempat, mudah ditemukan, berkembang biak dengan cepat dan

diantaranya mampu membunuh fungi lain. Fungi ini tumbuh dengan baik di

kondisi tanah yang asam dan termasuk peka terhadap pengaruh sinar dan

pencahayaan langsung (Papaviizas, 1985). Trichoderma mudah dikenali karena

pertumbuhanya yang cepat dan kondisinya yang hijau.

Trichoderma sp. merupakan salah satu fungi penghasil enzim kitinase dan

selulase. Produksi kedua enzim ini erat kaitannya dengan aktivitas Trichoderma

sebagai fungi antagonis dan untuk menekan penyakit tular tanah yang disebabkan

oleh fungi patogen, sebagai fungi pendegradasi bahan organik dan sebagai

penghasil beberapa jenis enzim (Hoitink dan Keener, 1993). Sebagai fungi

pendegradasi bahan organik, Trichoderma sp, menghasilkan enzim selulase yaitu

endo-β-1-4 glukonase, ekso-β-1- 4-glukan glukohidrolase dan ekso-β-1,4-

glukanase, ekso-β-1-4 glukan selobiohidrolase yang mampu mendegradasi bahan

yang mengandung lignoselulosa (Gong dan Tsao, 1981)

Bakteri selulolitik asal rayap

Rayap dikenal sebagai serangga kayu (lignoselulosa). Saluran

pencernaannya dapat dibandingkan dengan bioreaktor mini, karena mengandung

berbagai mikroorganisme yang dapat menguraikan lignoselulosa termasuk

kompleks xilan (Schafer et al. 1996; Bruce 1998). Ekstrak rayap Glytotermes

montanus mengandung aktivitas endo-1,4-β-xilanase yang aktivitasnya lebih

rendah daripada endo-1,4-β-glukanase (EC. 3.2 1.4) (Purwadaria et al. 2003).

Xilanase berbeda dengan CMCase yang telah diketahui, selain diproduksi oleh

mikrob saluran pencernaannya, juga dapat diproduksi oleh tubuh rayap sendiri

(Watanabe et al. 1998). Hemiselulosa instrinsik rayap belum ditemukan sehingga

15

produksi hemiselulosa termasuk endo-1,4-β-xilanase akan lebih efisien bila

dikembangkan dari mikrob xilanolitik, sedangkan saluran pencernaan rayap

merupakan sumber isolat.

Umumnya mikroorganisme seperti bakteri dan protozoa saluran pencernaan rayap

bersifat anaerob baik fakultatif maupun absolut, walaupun demikian telah berhasil

diisolasi bakteri aerob (Schafer et al. 1996). Enzim xilanase Bacillus sp hasil

isolasi dari saluran pencernaan rayap (Captotermes formosanus) telah dimurnikan

dan dikarakterisasi di Jepang (Shimizu et al. 1998). Aktivitas spesifik enzimnya

setelah pemurnian cukup tinggi, yaitu 339,5 U/mg. kemampuannya untuk

memproduksi enzim sangat bergantung pada sumbernya.

Fermentasi Alkohol

Fermentasi alkohol terutama dilakukan oleh khamir, khususnya jenis –

jenis Saccharomyces yang bersifat anaerob fakultatif. Berbagai minuman yang

mengandung alkohol dihasilkan dengan bantuan khamir ini. Misalnya : anggur,

bir, dan tuak. Penguraian glukosa menjadi asam piruvat mengikuti jalur HDP.

Reaksi totalnya adalah sebagai berikut:

C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 (Standbury dan Whitaker, 1984)

Fermentasi ini berlangsung dalam keadaan anaerob, oleh karena itu asam

piruvat tidak berubah menjadi asetil koenzim A sebagaimana jika keadan aerob.

Asam piruvat akan didekarboksilase menjadi asetaldehida dengan dikatalisis

enzim piruvat dehidrogenase. Enzim ini mengandung tiamin pirofofat (TPP).

Asetaldehid tersebut kemudian direduksi menjadi alkohol oleh enzim alkohol

dehidrogenase (Timotius, 1982).

16

Gambar 6 Skema jalur fermentasi alkohol oleh khamir (Timotius, 1982)

Berbeda dengan pertumbuhan khamir, bakteri yang mampu melakukan

fermentasi alkohol dapat tumbuh lebih baik dalam keadan anaerob. Walaupun

demikian ada juga bakteri yang melalui HDP seperti halnya khamir, misalnya:

Sarcina ventriculi dan Erwina amylovora. Kecuali itu ada juga bakteri dari

macam fermentasi lain yang juga mampu menghasilkan etanol, misalnya: bakteri

asam laktat tertentu, jenis-jenis tertentu dari Enterobacteraceae dan Clostridium.

Tetapi dalam proses pembentukan etanol tidak menggunakan enzim piruvat

dehidrogenase. Bakteri tersebut mengubah asetil ko-A menjadi asetaldehide

dengan pertolongan asetaldehid dehidrogenase (Timotius, 1982).

CH3-CO-KoA + NADH2 CH3CHO + KoA + NAD

CH3CO COO H CH3CHO + CO2

Asam pivurat asetaldehida

CH3CHO + NADH2 CH3CH2OH + NAD+

ATP yang dihasilkan selama fermentasi alkohol adalah dua ATP/molekul

glukosa. Hasil ini lebih rendah daripada jika dalam keadaan anaerob. Perubahaan

dari anaerob menjadi aerob akan mengurangi atau bahkan menghentikan

pembentukan alkohol, jumlah sel yang terbentuk akan bertambah, dan

penguraiannya atau penyerapan glukosa akan berkurang. Demikian sebaliknya

jika dalam keadaan aerob berubah menjadi anaerob. Fenomena ini dinamakan

CO2

etanol

2 NAD 2 NADH

Glukosa

Alkohol dehidrogenase

Jalur HDP 2 piruvat

2 asetaldehida

Piruvat dekarboksilase

dehidrogenase

asetaldehid

dekarboksilase

Piruvat

dehidrogenase

Alkohol

17

efek Pasteur. Fenomena ini disebabkan dalam keadaan anaerob khamir melakukan

fermentasi, dan jika dalam keadaan aerob khamir melakukan respirasi (Timotius,

1982).

Sakarifikasi Fermentasi -Simultan

Proses sakarifikasi fermentasi-simultan adalah proses kombinasi antara

hidrolisis selulosa secara enzimatik dengan fermentasi gula yang berkelanjutan

sehingga menghasilkan produk akhir berupa etanol. Tahapan-tahapan dalam

proses sakarifikasi fermentasi-simultan adalah sama dengan tahapan pada

hidrolisis dan fermentasi secara terpisah, hanya pada proses sakarifikasi

fermentasi simultan ini kedua proses tersebut berlangsung dalam satu reaktor yang

sama. Yeast secara langsung menfermentasi produk gula yang dihasilkan dari

proses hidrolisis oleh komplek enzim selullase, sehingga laju sakarifikasi dan

rendemen etanol yang dihasilkan akan lebih tinggi jika dibanding hasil proses

sakarifikasi dan fermentasi yang terpisah. Keunggulan lain dari proses sakarifikasi

fermentasi simultan adalah penggunaan reaktor tunggal untuk seluruh proses,

sehingga dapat menekan biaya investasi alat. Selain itu adanya etanol (hasil

fermentasi) didalam media menyebabkan media tidak mudah terkontaminasi oleh

organisme lain yang tidak diinginkan (Ballesteros et al. 2004). Proses sakarifikasi

selulosa dan hemiselulosa dalam TKKS menjadi gula dapat dilakukan dengan

hidrolisis enzimatik atau dengan menggunakan asam. Jenis enzim yang berperan

dalam hidrolisis tersebut adalah komplek selulase dan hemiselulase (xilanase,

galaktanase dan mananase).

Secara biokimia fermentasi diartikan sebagai pembentukan energi melalui

senyawa organik, sedangkan pengertian dalam bidang industri fermentasi adalah

suatu proses untuk mengubah bahan dasar menjadi suatu produk oleh massa sel

mikrobia. Aplikasi proses fermentasi selalu terdiri dari 6 bagian utama proses,

yaitu : formulasi medium, sterilisasi, produksi starter, pemeliharaan pertumbuhan

mikroorganisme, pemanenan dan pemurnian produk, serta pembuangan limbah

(Wibowo, 1990). Monomer gula dapat diubah secara anaerobik menjadi alkohol

oleh bermacam-macam mikroorganisme. Fermentasi gula sederhana (sukrosa dan

glukosa) menjadi etanol memiliki persamaan stoikiometri, yaitu :

18

C12H22O11 + H2O 4 C2H5OH + 4 CO2

C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 (Standbury dan Whitaker, 1984)

Yeast Saccharomyces cerevisiae

Saccharomyces cerevisiae adalah khamir yang dapat menghasilkan

alkohol. Bentuk selnya oval dan bulat, ukuran selnya pada malt agar dapat dilihat

setelah 3 hari pada 25 OC. Dalam proses fermentasi, Saccharomyces cerevisiae

bereaksi positif terhadap glukosa, galaktosa, sukrosa, maltosa dan raffinosa.

Dengan Suhu minuman untuk S. cerevisiae adalah 9 OC dan maksimumnya

37 OC. Pada awal fermentasi udara tidak diperlukan jadi prosesnya an aerob.

Dengan adanya udara dapat menyebabkan tumbuhnya bakteri yang tidak

diinginkan, sehingga mengakibatkan berkurangnya alkohol hasil fermentasi.

Yeast atau khamir S. cerevisiae biasa digunakan untuk membuat roti,

anggur dan bir. S. cerevisiae termasuk kedalam kelas Ascomycetes yang dicirikan

dengan pembentukan askus yang merupakan tempat dihasilkannya askospora. S.

cerevisiae memperbanyak diri secara aseksual dengan bertunas (Pelczar dan

Chan, 1986). Dinding sel S. cerevisiae terdiri dari komponen-komponen glukan,

mannan, protein, khitin dan lemak (Waluyo, 2004). Boyless (1984) menyatakan

bahwa untuk setiap mol glukosa yang dikonsumsi, S. cerevisiae menghasilkan

entalpi katabolisme sebesar -31 Kkal, energi bebas dari hidrolisis ATP (2 mol)

sebesar -14,6 Kkal dan entalpi untuk sintesis selnya hanya 0,23 Kkal. Entalpi dari

metabolisme sebagian besar dihabiskan pada aliran keluar entropy dan hanya

sedikit yang digunakan untuk sintesis materi sel.

Saccharomyces cerevisiae sangat tahan dan toleran terhadap kadar etanol

yang tinggi. Akan tetapi adanya kandungan fulradehid, asam organik dan

komponen fenolik (hasil samping hidrolisis asam selulosa) dapat menghambat

pertumbuhan S. cerevisiae, bahkan kandungan yang tinggi dan furaldehid, furfural

dan 5-hidroksimetil-fulfural dapat bersifat meracuni (Brandberg et al. 2004). Hasil

penelitian Samsuri et al. (2005) pada fermentasi bagase yang diberi perlakukan

awal steam dan penjamuran dengan menggunakan S. cerevisiae dapat

menghasilkan etanol sebanyak 15,4 g/L.

19

Rendemen alkohol dari hexosa dalam fermentasi menggunakan yeast dari

genus Saccharomyces (pada kondisi yang optimal) dapat mencapai 90% (Boyles,

1984). Efisiensi pengubahan energi tersebut dapat mencapai 97% (Campbell,

1983). Selain yeast S. cerevisiae, bakteri Zymomonas mobilis juga merupakan

salah satu bakteri yang efektif dalam fermentasi etanol, akan tetapi rendemen

etanol yang dihasilkan masih lebih sedikit dibanding yeast karena bakteri tersebut

juga menghasilkan sejumlah produk lain seperti asetat, laktat dan gliserol.