Minggu, 03 Mei 2020
Abstrak. Ganggang laut merupakan bahan baku bioenergi generasi ketiga yang amat menjanjikan bagi produksi bioetanol sebab laju pertumbuhan yang cepat, membutuhkan nutrisi minimal dan tidak memerlukan daratan. Bagaimanapun, ganggang memiliki dinding sel yang kompleks sehingga memerlukan praperlakuan sebelum fermentasi dan hal tersebut yang menjadi faktor utama biaya produksi bioetanol. Praperlakuan standar yang menggunakan asam dinilai memakan biaya dan menghasilkan aliran limbah yang berbahaya. Studi ini bertujuan untuk mengembangkan praperlakuan yang ekonomis dan ramah lingkungan melalui ozonolisis pada ganggang laut Kappaphycus alvarezii dan Gelidium amansii. Praperlakuan, hidrolisis enzim, dan tahap fermentasi asam dan ozon dikomparasikan dalam produksi bioetanol. Praperlakuan asam unggul daripada ozonolisis serta pada tahap hidrolisis enzim. Meski demikian, praperlakuan tersebut juga menghasilkan produk berupa 5-hidroksimetil furfural (5-HMF) dan asam levulinik (LA) yang menghambat fermentasi etanol dan mereduksi efisiensi keseluruhan proses. Praperlakuan ozon tidak menghasilkan produk penghambat tersebut dan dengan demikian mengungguli praperlakuan asam secara keseluruhan proses. Hasil tersebut mengindikasikan potensi ozonolisis sebagai praperlakuan yang ekonomis dan ramah lingkungan dalam produksi bioetanol berbasis ganggang.
Resume:
Total karbohidrat K. alvarezii dan G. amansii sebesar 67,08% dan 59,13%. Kadar tersebut ditentukan menggunakan karakterisasi fenol-asam sulfat. Variabel bebas berupa praperlakuan asam dan ozon. Sedangkan, variabel terikat berupa nilai ekonomis dan ramah lingkungan yang dinilai berdasarkan indikator efektifitas kinerja enzim dan hasil akhir total bioetanol.
Praperlakuan ozon dilakukan dengan mengekspos larutan yang mengandung ganggang dengan gas ozon yang dihasilkan oleh generator ozon. Pada perlakuan ini, suhu, kecepatan rotasi, serta laju aliran ozon diatur tetap sama pada tiap konsentrasi larutan serta waktu ekspos yang berbeda.
Praperlakuan asam dilakukan menggunakan pelarut asam sulfat pada suhu konstan 100oC dengan perlakuan waktu hidrolisis asam, konsentrasi substrat, serta konsentrasi asam yang berbeda. Setelah reaksi dinyatakan cukup maka larutan akan dinetralkan dengan penambahan natrium hidroksida (sifat basa).
Biomassa yang telah dihasilkan dari kedua praperlakuan kemudian akan dihidrolisis menggunakan enzim untuk mengubah polisakarida yang dihasilkan pada praperlakuan tersebut menjadi monosakarida. Waktu reaksi diatur selama 48 jam pada suhu konstan. Setelah hidrolisis oleh enzim, kemudian larutan disentrifugasi pada suhu rendah diikuti proses filtrasi. Analisis kandungan gula dan gula tereduksi dilakukan berdasarkan analisis pada fraksi cair hasil penyaringan.
Fermentasi etanol dilakukan berbantu mikroba S. cereviceae pada waktu fermentasi yang bervariasi pada kondisi anaerobik. Fermenter diatur pada pH 5,0 dengan buffer Na-sitrat serta gas pendispersi berupa hydrogen. Agitasi diatur pada suhu konstan dan kecepatan rotasi 150rpm.
Pada studi ini kandungan gula diukur berdasarkan kadar glukosa dan galaktosa hasil hidrolisat menggunakan instrument HPLC. Analisis kadar etanol menggunakan instrument GC yang dimana kadar etanol ditentukan dalam unit etanol per gram gula yang difermentasi. Efisiensi fermentasi ditentukan berdasarkan rasio produksi etanol rata-rata dengan kajian teoritis produksi etanol (0,511 g/g gula).
Praperlakuan ozon dinilai mampu meningkatkan hasil karbohidrat (biomassa) yang diperoleh dari kedua spesies. Namun, pada konsentrasi tertentu kandungan karbohidrat menurun secara signifikan yang disebabkan dengan perbedaan viskositas sel, dimana K. alvarezii umumnya mengandung karagenan dan G. amansii utamanya mengandung agar. Struktur karagenan cenderung lebih keras dibandingkan agar sehingga hal tersebut memengaruhi perbedaan nilai karbohidrat rata-rata kedua sampel.
Praperlakuan asam memiliki nilai karbohidrat yang relatif sama dengan praperlakuan ozon pada kedua sampel. Berdasarkan waktu reaksi, kecepatan penguraian karbohidrat meningkat setelah menit ke-30. Hal tersebut dimungkinkan sebab untuk mereduksi gula pereduksi dibutuhkan waktu yang cenderung lama. Praperlakuan ini juga menghasilkan produk sampingan berupa 5-HMF dan LA.
Secara signifikan, praperlakuan asam mampu meningkatkan hasil biomassa sebesar 7,69% pada sampel K. alvarezii dan sebesar 24,39% pada sampel G. amansii. Waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan biomassa cenderung cepat pada praperlakuan asam (asam 30 menit; ozon 60 menit). Walau demikian, praperlakuan ozon tidak menghasilkan 5-HMF dan LA, tidak menghasilkan inhibitor, tidak memerlukan netralisasi pH, dan tidak membutuhkan pendinginan.
Efisiensi fermentasi etanol tertinggi berasal dari praperlakuan ozon yang memiliki nilai diatas 50% (92% K. alvarezii; 76% G. amansii). Sedangkan, efisiensi pada praperlakuan asam cenderung rendah dibawah 50% (33% K. alvarezii; 31% G. amansii).
Senyawa 5-HMF dan LA dinilai mampu menghambat pertumbuhan khamir yang nantinya mampu mengurangi produksi etanol. Inhibitor merupakan senyawa tertentu yang mampu mengurai DNA khamir sehingga menghambat sintesis protein.
Tahun: 2018
DOI: 10.1007/s12155-020-10131-w