Pemanfaatan kombinasi Zymomonas mobilis dan Trichoderma viridae untuk meningkatkan produksi bioetanol dari bagas tebu

Pemanfaatan kombinasi Zymomonas mobilis dan Trichoderma viridae untuk meningkatkan produksi bioetanol dari bagas tebu

Oleh: Lusia Laurita

 LATAR BELAKANG

Kebutuhan akan minyak bumi dari waktu ke waktu terus mengalami peningkatan sejalan dengan pembangunan yang terjadi. Hal ini juga perlu disadari bahwa cadangan terhadap minyak bumi yang ada, tidak akan dapat memenuhi kebutuhan di masa mendatang (Anonim1, 2008). Oleh karena itu, sudah saatnya penggunaan sumber energi yang terbarukan lebih ditingkatkan yaitu berupa bahan bakar nabati (BBN) atau bioenergi, yang dapat menggantikan bahan bakar fosil (Richana, 2011). Energi terbarukan ini tentunya dapat menjadi salah satu energi alternatif untuk menggantikan bahan bakar fosil yang semakin menipis ketersediaannya. Selain itu,  kebutuhan akan bahan bakar yang ramah lingkungan, akan menjadi fokus penelitian dunia saat ini untuk menemukan sumber energi yang baru, bersih, dan murah.

Menurut Um (2007) dalam Ernes (2014) menuliskan bahwa bioetanol merupakan salah satu sumber energi alternatif yang berpotensi sebagai biofuel untuk menggantikan bahan bakar fosil dan bersifat ramah lingkungan. Bioetanol merupakan etanol yang berasal dari tumbuhan dan biasanya menggunakan proses fermentasi, tidak berwarna dan toksisitas rendah. Selain itu, bioetanol dapat dihasilkan dari bahan bergula (molases, aren, dan nira lain), bahan berpati (singkong, sagu, jagung, dan ubi-ubian), dan bahan berserat yang mengandung lignoselulosa (Richana, 2011).

Bahan baku sumber serat kebanyakan berasal dari limbah. Di Indonesia perkembangan serta kemajuan di bidang pertanian dan industri pertanian telah menimbulkan masalah karena peningkatan jumlah limbahnya.Sebagian besar limbah pertanian merupakan bahan berlignoselulosa, salah satunya yang berpotensi tinggi yaitu ampas tebu atau bagas tebu (Richana, 2011).

Berdasarkan Santoso (2011) dalam Ernes (2014) menyatakan bahwa bagas tebu adalah bahan berlignoselulosa yang berpotensi sebagai bahan baku bioetanol. Sebanyak 10,5 juta ton per tahun bagas tebu dihasilkan dari 61 pabrik gula yang aktif giling pada tahun 2008. Sekitar 60% dari jumlah bagas tebu yang dihasilkan dimanfaatkan oleh pabrik gula sebagai bahan bakar dan diperkirakan 40% dari bagas tebu tersebut belum dimanfaatkan

 TUJUAN

  • Mengetahui bagaimana proses preatreatment bagas tebu yang optimum.
  • Mengetahui bagaimana proses hidrolisis, enzim-enzim apa saja yang digunakan dan diperlukan pada proses ini, serta serta mengetahui bagaimana peran mikroba (Trichoderma viridae) dalam proses pembuatan bioetanol.
  • Mengetahui bagaimana proses fermentasi pada pembuatan bioetanol, enzim-enzim apa saja yang digunakan dan diperlukan pada proses ini, serta mengetahui bagaimana peran mikroba (Zymomonas mobilis) dalam proses pembuatan bioetanol.

 METODE

Kajian pustaka tentang pemanfaatan mikroorganisme untuk meningkatkan kandungan etanol menggunakan bahan baku bagas tebu, dengan jurnal utama dari Jurnal AGRITECH (Vol.34) hal : 247-256 oleh Ernes, A., L. Ratnawati., A. K.Wardani, dan J. Kusnadi. 2014 dengan judul “Optimasi Fermentasi Bagas Tebu oleh Zymomonas mobilis CP4 (NRRL B-14023) untuk Produksi Bioetanol

HASIL KAJIAN PUSTAKA

Seiring dengan berjalannya waktu yang diikuti dengan peingkatan jumlah populasi manusia, maka semakin meningkat pula kebutuhan akan energi yaitu bahan bakar fosilnya. Penggunaan bahan bakar fosil ini tentunya akan berdampak pada lingkungan seperti semakin banyaknya produksi gas karbondioksida terhadap iklim. Selain itu, bahan bakar fosil bersifat tidak terbarukan dan pasokannya saat ini semakin menipis. Oleh karena itu, diperlukannya energi alternatif yang terbarukan untuk mengganti bahan bakar fosil, salah satunya bioetanol.

Bioetanol adalah etanol yang diproduksi dengan cara fermentasi mengunakan bahan baku nabati dengan bantuan mikroba yang berpotensi sebagai biofuel untuk menggantikan bahan bakar fosil yang bersifat ramah lingkungan. Bahan baku yang digunakan dapat dari tanaman yang mengandung gula seperti tebu atau aren dan tanaman yang mengandung pati seperti singkong. Namun, jika hal ini terus menerus dilakukan, maka akan terjadi persaingan bahan baku untuk pangan, akibat dari bahan baku tersebut diolah menjadi bioetanol. Oleh karena itu, perlu adanya pemanfaatan limbah-limbah pertanian, salah satunya bagas tebu yang diketahui dapat menjadi bahan baku sumber serat yang banyak mengandung selulosa. Menurut Dawson dan Boopathy (2008) dalam Ernes (2014)  mengungkapkan bahwa bagas tebu mengandung selulosa, hemiselulosa dan lignin dari bagas tebu masing-masing 30%, 23% dan 22%.

Namun, untuk mengubah selulosa menjadi etanol tidak mudah, dikarenakan selulosa adalah polimer glukosa dengan ikatan rantai yang lebih kompleks. Selulosa memiliki struktur molekul yang kuat dan berat molekul yang tinggi, sehingga proses yang dilakukan pun lebih rumit. Oleh karena itu, selain memerlukan bantuan mikroba dalam tahap fermentasi, juga memerlukan bahan pembantu berupa enzim yang dapat dihasilkan oleh mikroba juga untuk tahapan hidrolisis yang mengubah selulosa menjadi glukosa (gula) dan proses ini dikenal dengan istilah bioetanol generasi kedua. Pengembangan bioetanol generasi kedua diproduksi dari bahan berlignoselulosa, biasanya dari limbah-limbah hasil pertanian. Bioetanol generasi kedua erat kaitan dengan era bioteknologi.

086-091_Etanol_200Sumber gambar : Anonim3, 2012. Between Sugar and Genes.

http://revistapesquisa.fapesp.br/en/2012/10/19/between-sugars-and-genes/

Umumnya proses pembuatan bioetanol ini mencangkup proses hidrolisis dan fermentasi. Namun, ada beberapa tahap awal yang biasa dilakukan yaitu pretreatment. Berikut tahap-tahap yang dilakukan dalam proses pengolahan bioetanol dari bagas tebu.

  1. Tahap Pretreatment

Tahap pretreatment  dilakukan dengan membersihkan bagas tebu, dihaluskan, diayak dalam bentuk serbuk dan dimasukkan dalam tempat yang kering dan tertutup. Biasanya, dilakukan juga penambahan larutan H2O2, hal ini bertujuan untuk menghilangkan kadar lignin atau yang dikenal dengan istilah delignifikasi.

  1. Tahap Hidrolisis

Tahap hidrolisis yaitu mengubah selulosa yang banyak terdapat pada bagas tebu menjadi glukosa (gula) dengan memanfaatkan bahan pembantu berupa enzim selulase dan b-glukosidase. Enzim selulase dan b-glukosidase merupakan enzim yang menghidrolisis selulosa dan selobiosa menjadi glukosa, dapat pula menggunakan mikroba penghasil lignoselulosa yaitu  Trichoderma sp., Trichoderma viridae (Richana, 2011). Mekanisme kerja dari Trichoderma viridae, yaitu dengan menghasilkan enzim selulolitik yang sangat efisien, sehingga mampu mengkatalis reaksi hidrolisis kristal selulosa.

Berikut klasifikasi dari Trichoderma viridae:

Kingdom         : Fungi

Phylum            : Ascomycota

Class                : Sordariomycetes

Ordo                : Hypocreales

Family             : Hypocreaceae

Genus              : Trichoderma

Species             : Trichoderma viridae

(Anonim4, 2015)

Trichoderma viride adalah salah satu jenis jamur yang bersifat selulolitik karena dapat menghasilkan selulase. Banyak kapang yang bersifat selulolitik tetapi tidak banyak yang menghasilkan enzim selulase yang cukup banyak untuk dapat dipakai secara langsung tanpa sel bagi usaha dalam skala besar. Kapang selulolitik yang cukup baik memproduksi enzim selulolitik adalah Trichoderma viride. Trichoderma viride bisa juga dikatakan sebagai mikroorganisme yang mampu menghancurkan selulosa tingkat tinggi dan memiliki kemampuan mensintesis beberapa faktor esensial untuk melarutkan bagian selulosa yang terikat kuat dengan ikatan hidrogen. Ada juga yang mengatakan bahwa Trichoderma viride merupakan jamur yang potensial memproduksi selulase dalam jumlah yang relatif banyak untuk mendegradasi selulosa. Trichoderma viride merupakan kelompok jamur selulolitik yang dapat menguraikan glukosa dengan menghasilkan enzim kompleks selulase. Enzim ini berfungsi sebagai agen pengurai yang spesifik untuk menghidrolisis ikatan kimia dari selulosa dan turunannya. Enzim selulase yang dihasilkan Trichoderma viride mempunyai kemampuan dapat memecah selulosa menjadi glukosa. Selain itu, Trichoderma viride mempunyai kemampuan meningkatkan protein bahan pakan dan bahan berselulosa yang mampu merangsang dikeluarkannya enzim selulase (Lafuitoriya, 2010).

Keuntungan jamur tersebut sebagai sumber selulase adalah menghasilkan selulase lengkap dengan semua komponen-komponen yang dibutuhkan untuk hidrolisis total selulosa kristal dan protein selulosa yang dihasilkan cukup tinggi

  1. Tahap fermentasi

Tahap selanjutnya yang dilakukan adalah tahap fermentasi. Fermentasi merupakan proses metabolisme dimana terjadi perubahan kimia dalam substrat atau bahan organik, karena aktivitas enzim yang dihasilkan oleh jasad renik. Disini sebagai substrat adalah glukosa dan jasadnya adalah Zymomonas mobilis. Tahap pembentukan etanol dari larutan gula digunakan Zymomonas mobilis yang akan mengkonversi glukosa menjadi etanol. Menurut Sprenger (1996) ; Gunasekaran dan Raj, (1999) ; Glazer dan Nikaido, (2007) dalam Ernes (2014), Zymomonas mobilis mempunyai kemampuan memproduksi etanol. Bakteri ini memiliki kelebihan dibandingkan Saccharomyces cerevisiae, diantaranya produktivitas etanol 3-5 kali lebih tinggi dengan yield etanol secara teoritis sebesar 97%, toleran terhadap kadar gula tinggi, dan waktu fermentasi yang lebih cepat karena konsumsi gula yang lebih cepat dibandingkan Saccharomyces cerevisiae (Ernes, 2014). Mikroorganime ini merupakan bakteri yang dapat mengubah glukosa, fruktosa, dan sukrosa menjadi etanol karena bakteri ini memproduksi enzim.

Berikut klasifikasi dari Zymomonas mobilis:

Kingdom         : Bacteria

Phylum            : Proteobacteria

Class                : Alpha Proteobacteria

Ordo                : Sphingomonadales

Family             : Sphingomonadaceae

Genus              : Zymomonas

Species            : Zymomonas mobilis

(Anonim5, 2015)

Zymomonas mobilis merupakan bakteri gram negatif, bersifat anaerob fakultatif, berbentuk batang dan bercemeti polar. Bakteri ini secara alami ditemukan pada tanaman yang mengandung gula-gula yang dapat terfermentasi seperti anggur. “Bakteri Zymomonas mobilis hanya mampu mengubah glukosa, fruktosa dan sukrosa menggunakan jalur Entner Doudoroff menjadi etanol sebagai produk utama dan beberapa produk samping seperti asam asetat dan gliserol” (Zaki, 2012).

“Pada fermentasi glukosa dan fruktosa memerlukan enzim GFOR (Glucose Fructose Oksidoreductase) yang ada di dalam periplasma sel. menjadi glukonolakton dan sorbitol. Glukonolakton kemudian diubah menjadi glukonat oleh enzim gluconolactonase. Glukonat dan sorbitol yang terbentuk di dalam periplasma sel. kemudian dibawa oleh gluconate carrier dan sorbitol carrier melalui membran sitoplasma ke dalam sitoplasma bakteri Zymomonas mobilis. Glukonat akan diubah oleh enzim glukonatkinase menjadi 6-fosfoglukonolakton mengikuti jalur Entner Doudoroff dan pada akhirnya diubah menjadi etanol” (Zaki, 2012).

 Description: EDP copy

Sumber gambar : Anonim2, 2011.

http://agridr.in/tnauEAgri/eagri50/AMBE101/lec04.html

Selain itu, bakteri Zymomonas mobilis juga dapat menggunakan substrat glukosa dari molasses sebagai sumber carbon selulase melalui jalur Entner Doudoroff. Dari hasil penelitian Sujito (2009) selain menggunakan substrat molase, pepaya juga memiliki potensi sebagai substrat dalam pembuatan etanol dengan menggunakan sari buah pepaya tanpa nutrisi tambahan (yeast extract, MgSO4.7H2O, (NH4)2.SO4 dan KH2PO4) mendapatkan yield etanol sebanyak 74,32% dibanding teori. Pada fermentasi menggunakan sari buah pepaya dengan nutrisi tambahan mendapatkan yield etanol sebesar 82,36% dibanding teori.

KESIMPULAN

  • Di dalam proses pretreatment terdapat proses delignifikasi untuk menghilangkan kadar lignin. Larutan yang biasa digunakan adalah larutan H2O2.
  • Proses tahap hidrolisis dibantu oleh enzim b-glukosidase yang dapat dihasilkan oleh mikroba penghasil lignoselulosa yaitu Trichoderma , Trichoderma viridae, untuk mengubah selulosa menjadi glukosa.
  • Proses tahap fermentasi akan mengubah glukosa yang dihasilkan pada proses hidrolisis menjadi etanol dengan bantuan mikroba salah satunya Zymomonas mobilis.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim1.  2008. Bahan Bakar Nabati. Penebar Swadaya : Jakarta.

Anonim2, 2011. http://agridr.in/tnauEAgri/eagri50/AMBE101/lec04.html

Anonim3, 2012. Between Sugar and Genes.

http://revistapesquisa.fapesp.br/en/2012/10/19/between-sugars-and-genes/

Anonim4. 2015. Klasifikasi Trichoderma viridae. http.wikipedia.org. Tanggal 29 Maret 2015

Anonim5. 2015. Klasifikasi Zynomonas mobilis. http.wikipedia.org. Tanggal 29 Maret 2015

Ernes, A., L. Ratnawati., A. K.Wardani, dan J. Kusnadi. 2014. Optimasi Fermentasi Bagas Tebu oleh Zymomonas Mobilis CP4 (NRRL B-14023) untuk Produksi Bioetanol. Jurnal AGRITECH (Vol.34) hal : 247-256.

Lafuitoriya. 2010. Jamur Trichoderma viridae. http://nilafuitoriya.blogspot.com/2010/03/jamur-trichoderma-viride. Tanggal akses  29 Maret 2015.

Richanna, N. 2011.Bioetanol : Bahan baku, Teknologi, Produksi dan Pengendalian Mutu. Bandung

Sujito. 2008. Pembuatan Etanol Menggunakan Zymomonas Mobilis dengan Memanfaatkan Sari Buah Pepaya sebagai Substrat. http://digilib.its.ac.id/detil.php?id=4462. Tanggal akses  29 Maret 2015.

Zaki, Muhammad. 2012. Mekanisme Biosintesis Alkohol (Etanol) Kementerian Pendidikan Dan Kebudayaan. Fakultas Sains Dan Teknik, UNSOED. Purwokerto

Catatan: Postingan ini adalah karya penulis tamu

Terima kasih ya Lusia Laurita, kita sedang dan selalu akan belajar bersama….tetap belajar melalui membaca dan menulis. Sila direspon tanggapan para sahabat melalui komentar ini. Andalah pemilik postingan ini.

Iklan
Pos ini dipublikasikan di Bioindustri, Lingkungan Hidup, Penulis Tamu, Seri Kiprah dan tag , , , , , . Tandai permalink.

5 Balasan ke Pemanfaatan kombinasi Zymomonas mobilis dan Trichoderma viridae untuk meningkatkan produksi bioetanol dari bagas tebu

  1. Hendra Budiman berkata:

    Hallo. Boleh tau dimana bisa mendapatkan/membeli Zymomonas mobilis dan trichoderma viridae?

    Ma kasih infonya. Hendra 08161960112

  2. Ping balik: Kana, Bunga Cantik Ornamen Kota Penyerap Limbah Deterjen | Berguru pada Alam

  3. prih berkata:

    Lusia Laurita….tulisan Anda sungguh menambah wawasan betapa alternatif sumber energi asal bagas tebu sangat layak dikembangkan. Bagian dari implementasi konsep zero waste industry dan energi ramah lingkungan. Selamat terus berkarya.
    Mari silakan tanggapi komentar apresiasi pembaca…
    Salam

    • Lusia Laurita berkata:

      Terimakasih Bu Prih
      Ini semua jga tidak lepas dari bimbingan bu Prih 🙂
      Iya bu, bagas tebu ketimbang tidak termanfaatkan, alangkah lebih baik untuk dikembangkan menjadi energi yang ramah lingkungan.
      Semoga tulisan ini dapat membuka wawasan dan bermanfaat bagi semua pembaca.
      Salam

      Selamat terus membaca dan menulis ya Lusia. Peran pemikiran dan kiprah Anda pasti sangat bermanfaat bagi sesama dan lingkungan. Salam

Terimakasih, pendapat Anda sangat berharga.

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s