## HIDROLISIS POLISAKARIDA XILAN JERAMI MENGGUNAKAN LARUTAN ASAM KUAT UNTUK BAHAN DASAR PRODUKSI BIOETANOL
Gading Wilda Aniriani 1*) , Nurul Fitria Apriliani 2) , Eko Sulistiono 3)
1,3) Program Studi Kesehatan Lingkungan, Fakultas Teknik, Universitas Islam Lamongan
2) Program Studi Teknik Informatika, Fakultas Teknik, Universitas Islam Lamongan *Corresponding author : gading.wildaa@gmail.com

## ABSTRAK
Hidrolisis merupakan proses pemecahan polisakarida (gula kompleks) menjadi polimer yang lebih sederhana,  mengingat  syarat  utama  dari  proses  fermentasi  untuk  produksi  bioetanol  adalah  gula monomer atau dimer. Polisakarida yang digunakan yakni hasil pretreatment dan  ekstraksi jerami. Penggunaan  cara  kimiawi  pada  proses  hidrolisis  ini  bertujuan  untuk  mendapatkan  hasil  yang optimum  dengan  waktu  yang  singkat. Metode  penelitian  yang  digunakan  adalah hidrolisis  asam dengan  membandingkan  dua jenis larutan asam  kuat yaitu asam sulfat (H 2 SO 4 )  dan asam klorida (HCl)  dengan  konsentrasi  masig-masing  sebesar  0.5 N.  Hidrolisis  dilakukan  dalam  kondisi  pada suhu  115 0 C  selama  60  menit  pada  tekanan  1  atm.  Gula  sederhana  yang  dihasilkan  telah  diuji dengan  uji  gula  total,  dengan  hasil  bahwa  gula  pereduksi  diketahui  dari  selisih  gula  total  pada kontrol  tanpa  perlakuan.  Uji  gula  total  dilakukan  menggunakan  metode  Dubois,  pengujian  ini dilakukan  pada  hasil  optimum  dari  hidrolisis  yaitu  asam  klorida  (HCl).  Sampel  yang  diujikan yaitu,  xilan  (XI)  dan  kontrol  (-)  xilan  (k-x).  Analisis  gula  total  menghasilkan  sebanyak  2.906 mg/L  untuk  XI,  sebanyak  728  mg/L  untuk  (k-x)  dengan  hasil  bahwa    perolehan  gula  pereduksi sebesar  2.124  mg/L.  Selisih  hasil  gula  total  yang  diperoleh  antara  perlakuan  dan  kontrol mengindikasikan bahwa proses hidrolisis berhasil mendapatkan gula pereduksi.
Kata kunci: gula kompleks, hidrolisis asam, gula sederhana, gula pereduksi dan gula total.

## HYDROLYSIS OF POLYCOXARIDA XYLANE STRAW USING STRONG ACID ACID SOLUTION FOR BASIC MATERIALS OF BIOETANOL PRODUCTION

## ABSTRACT
Hydrolysis  is  the  process  of  breaking  polysaccharides  (sugar  complexes)  into  simpler  polymers, considering  the  main  requirements  of  the  fermentation  process  for  bioethanol  production  are monomeric  or  dimeric  sugars.  The  polysaccharides  used  are  the  results  of  pretreatment  and extraction  of  straw.  The  use  of  chemical  methods  in  the  hydrolysis  process  aims  to  obtain optimum results with a short time. The research method used is acid hydrolysis by comparing two types  of  strong  acid  solutions  namely  sulfuric  acid  (H2SO4) and  hydrochloric  acid  (HCl)  with  a concentration of each of 0.5 N. Hydrolysis is carried out under conditions at a temperature of 115 0C for 60 minutes at a pressure of 1 atm. The simple sugar produced was tested with a total sugar test,  the  result  of  the  reducing  sugar  was  known  from  the  total  sugar  difference  in  the  control without  treatment.  The  total  sugar  test  was  carried  out  using  the  Dubois  method,  this  test  was carried  out  on  the  optimum  results  of  hydrolysis,  namely  hydrochloric  acid  (HCl).  The  sample tested  were,  xylan  (XI)  and  control  (-)  xylan  (k-x).  Analysis  of  total  sugar  yielded  as  much  as 2,906  mg  /  L  for  XI,  as  much  as  728  mg  /  L  for  (k-x)  the  result  of  the  acquisition  of  reducing sugars was 2,124 mg / L. The difference of the result total sugar produced between treatment and control indicates that the hydrolysis process succeeded in obtaining reducing sugars.
Keywords: complex sugar, acid hydrolysis, simple sugar, reducing sugar and total sugar.

## PENDAHULUAN
Hidrolisis  asam  kuat  menghasilkan  gula yang  tinggi  (90%  dari  hasil  teoritik)
dibandingkan  dengan  hidrolisis  asam  encer.
Kecepatan hidrolisis oleh asam pada konsentrasi  tinggi  tidak  tergantung  pada struktur  kristal  selulosa,  sehingga  lebih  dari
90%  glukosa  dapat  dihasilkan.  Kelemahan dari  hidrolisis  asam  encer  adalah  degradasi gula  hasil  di  dalam  reaksi  hidrolisis  dan pembentukan  produk  samping  yang  tidak diinginkan.  Degradasi  gula  dan  produk samping  ini  tidak  hanya  akan  mengurangi hasil  panen  gula,  tetapi  produk  samping  juga dapat  menghambat  pembentukan  etanol  pada tahap fermentasi selanjutnya (Taherzadeh dan Karimi,  2007).  Hidrolisis  dilakukan  dengan menggunakan  asam  pekat  akan  mempercepat proses  hidrolisis  tetapi  akan  menurunkan hasil  hidrolisis  karena  glukosa  mudah  sekali diuraikan. Berdasarkan penelitian Taherzadeh dan Karimi (2007), proses hidrolisis dipengaruhi  oleh  ukuran  partikel,  rasio  asam dengan  substrat,  jenis  dan  konsentrasi  asam, suhu  dan  waktu  hidolisis.  Peningkatan konsentrasi  asam  yang  digunakan  akan menurunkan  jumlah  glukosa  yang  dihasilkan karena glukosa yang terbentuk akan terdegradasi  lebih  lanjut.  Hasil  degradasi glukosa yang dapat mengganggu dan merusak hasil  hidrolisis  diantaranya  HMF  (hidroksi metil  furfural).  Oleh  karena  itu  dalam penelitian  ini  akan  menggunakan  hidrolisis asam  pekat  dengan  variasi  konsentrasi  untuk mengetahui  hasil  gula  sederhana  yang optimal.  Untuk  mendapatkan  hasil  hidrolisis yang  ideal  maka  gula  yang  dihasilkan  harus segera  dipisahkan  dari  medium  hidrolisisnya. Pada  hidrolisis  suhu  sedang,  proses  hidrolisis bisa  memberikan  hasil  yang  lebih  rendah karena  proses  dekomposisi.  Suhu  yang  tinggi sering digunakan untuk menghidrolisis selulosa (Sun dan Cheng, 2002).
Proses  hidrolisis  yang  dilakukan  dapat menghasilkan gula pereduksi untuk difermentasi  menjadi  etanol  (Sun  and  Cheng,
2002).  Sesuai  dengan  sifatnya,  karbohidrat manapun  dapat  dihidrolisis  dengan  asam. Proses  hidrolisis  terjadi  saat  struktur  kristal selulosa  rusak  sehingga  selulosa  terurai menghasilkan  serangkaian  oligosakarida  dan monosakarida  termasuk  selobiose,  selotriose, dan  selotetraose  (Feller,  1986).  Selain  itu, hemiselulosa  turut  terurai  menjadi  senyawa gula  sederhana  menjadi  glukosa,  manosa, xilosa  dan  arabinosa  (Mosier et  al., 2005). Hidrolisis  yang  sempurna  dari  selulosa  akan menghasilkan glukosa, sedangkan hemiselulosa menghasilkan beberapa monomer  gula  pentose  (C5)  dan  heksosa
(C6).  Polisakarida  yang  didapatkan  dari proses  pretreatment  limbah  lignoselulosa
merupakan hasil dari ekstraksi dalam penelitian sebelumnya.

## TINJAUAN PUSTAKA

## Gula sederhana
Gula  sederhana  terdiri  dari  beberapa macam  yakni,  oligosakarida,  disakarida,  dan monosakarida. Xilan merupakan heteropolimer  yang  terdiri  atas  ikatan  β  -1,4 D-xilose  dan  cabang-cabang  arabinose,  asam glukuronat  dan  residu  manosa  atau  asetil. Hidrolisis  sempurna  dari  xilan  biasanya membutuhkan  peran  endoβ-1,4-xilanase,  β- xilosidase, L arabinofuranosidase, glukuronidase dan asetilxilan esterase (Prakash, et al ., 2011).

## Hidrolisis asam
Hidrolisis  berasal  dari  bahasa  Greek dari kata hydor yang berarti air dan lisis yang berarti kehilangan. Hidrolisis adalah pemecahan  kimiawi  suatu  molekul  karena pengikatan air, menghasilkan molekul- molekul  yang  lebih  kecil.  Proses  ini dinyatakan  dengan  persamaan  reaksi  sebagai berikut :
AB + H 2 O  AOH + BH Proses  hidrolisis  dapat  dilakukan dengan enzim dan asam. Beberapa asam yang umum  digunakan  untuk  hidrolisis  asam antara  lain  adalah  asam  sulfat  (H 2 SO 4 ),  asam perklorat,  dan  HCl.  Asam  sulfat  merupakan asam  yang  paling  banyak  diteliti  dan dimanfaatkan untuk hidrolisis asam. Hidrolisis asam dapat dikelompokkan menjadi  hidrolisis  asam  pekat  dan  hidrolisis asam encer (Taherzadeh dan Karimi, 2007).

## Gula Total
Gula  total  merupakan  campuran  gula reduksi  dan  non  reduksi  yang  merupakan hasil hidrolisa pati. Semua monosakarida dan disakarida  kecuali  sukrosa  berperan  sebagai agensia  pereduksi  dan  karenanya  dikenal sebagai  gula  reduksi.  Kemampuan  senyawa gula mereduksi agensia pereduksi pengoksidasi mendasari pelbagai cara pengujian  untuk  glukosa  dan  gula-gula reduksi lainnya (Aniriani, 2014).

## METODE PENELITIAN
Penelitian dilakukan pada bulan April 2018  sampai  dengan  Desember  2018  di Universitas Islam Lamongan dan di
Laboratorium  PT.  Angler  Biochemlab.  tbk Surabaya.

## Preparasi Limbah
Limbah  jerami  padi,  tongkol  jagung dan  ampas  tebu  di  keringkan  di  bawah  terik matahari  sampai  mendapatkan  berat  kering, dipotong  menjadi  ukuran  kecil  kemudian  di dihancurkan  dengan  masing  giling.  Setelah menjadi serbuk kemudian dilakukan pembubukan  lolos  saringan  40  mesh,  hasil modifikasi  dari  Lee  (2003).  Kandungan  total selulosa,  hemiselulosa  dan  lignin    bagas didapatkan  dari  analisis  proksimat  dan analisis  serat  dalam  penelitian  sebelumnya (Aniriani, 2017).

## Hidrolisis Asam
Hidrolisis dilakukan dengan dua jenis larutan  yakni  asam  sulfat  (H 2 SO 4 )  dan  asam klorida  (HCl).  Larutan  polisakarida  dibuat dengan menimbang 0,1 gr xilan/selulosa yang dilarutkan dengan 10 mL akuades. Kemudian ditambahkan  ditambahkan  0.5  N  HCL/ H 2 SO 4 sebanyak  2.5  mL.  Larutan  kemudian dihidrolisis  pada  suhu  115 0 C  selama  1  jam pada  tekanan  1  atm.  Larutan  diangkat, didinginkan  dan  dinetralisasi  dengan Na 2 CO 3 10  %.  Hasil  dari  hidrolisis  kemudian dianalisis kadar gula reduksi dan gula total.

## Uji Gula Total
Pengukuran Kadar Xilan atau Selulosa (Gula Total) dengan Metode Phenol- Sulphuric  Acis  (Asam  Fenol  Sulfat)  (Dubois et  al., 1956).  Hasil  pengambilan  sampel  dari kedua  jenis  hasil  hidrolisis,  kemudian disentrufugasi  pada  6000  rpm  selama  5 menit. Supernatant kemudian  diencerkan 100 kali.  Kemudian  diambil  0.5  mL  dari  larutan hasil  pengenceran  tersebut  ke  dalam  tabung reaksi  kecil,  setelah  itu  ditambahkan  fenol  5 %  sebanyak  0.5  mL  dan  2.5  mL  larutan H 2 SO 4 lalu  dikocok  dengan  vortex.  Setelah dikocok  lalu  didiamkan  10  menit  dan diletakkan  di  dalam  water  bath  dengan  suhu 40 0 C  selama  20  menit.  Kadar  glukosa  (gula total)  dalam  sampel  dianalisis  dengan  diukur absorbansinya menggunakan spektro- fotometer  Vis  490  nm.  Sebelumnya  dibuat standar  glukosa  dengan  konsentrasi  10,  20, 40, 60, 80, 100, 120, dan 200 ppm.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Proses  hidrolisis  dilakukan  dengan melarutkan serbuk polisakarida dari perolehan yield tertinggi  yakni  jerami  dalam 0.5  N  larutan  asam  kuat  hidrogen  peroksida (H2SO4)  dan  Hidrogen  klorit  (HCl).  Hal tersebut  dilakukan  untuk  mengetahui  kondisi optimum  dalam  proses  hidrolisis.  Kelebihan dari  proses  hidrolisis  menggunakan  asam  ini mempunyai  waktu  yang  cepat  dengan  hasil yang optimum dibandingkan dengan hidrolisis secara enzimatik yang
membutuhkan  waktu  yang  lama  dan  hasil yang kurang optimum.
Perbandingan  hasil  yang  diperoleh diantara hidrolisis menggunakan asam H 2 SO 4 dengan  HCl  mempunyai  hasil  optimasi  yang berbeda,  dengan  proses  perlakukan  yang sama  yaitu  merendam  dalam  masing-masing larutan  asam  selama  60  menit  pada suhu  115 0 C dengan tekanan 1 atm. Perbedaan optimasi dapat  dilihat  pada  saat  penetralan  pH menggunakan  Na 2 CO 3 10  %,  pada  larutan yang terhidrolisis oleh HCl lebih membutuhkan  penambahan  Na 2 CO 3 10  % dalam  jumlah  yang  lebih  sedikit  jika dibandingan  larutan  yang  terhidrolisis  oleh H 2 SO 4 .  Hal  tersebut  mengakibatkan,  proses penetralan  pH  membutuhkan  waktu  yang lama  dan  jumlah  Na 2 CO 3 yang  banyak. Sehingga  dapat  disimpulkan  bahwa  proses hidrolisis yang optimum adalah menggunakan  larutan  asam  HCl,  dengan pertimbangan  efisiensi  waktu  dan  murah karena  membutuhkan  bahan  penetral  dengan jumlah yang sedikit. Indikatrol pH yang telah netrak  ditunjukkan  dari  perubahan  warna menjadi cokelat tua (Gambar 1).
Gambar  1. Hasil  penetralan  pH  menggunakan Na 2 CO 3 10  %.  (a)  xilan  terhidrolisis  oleh  0.5  N HCl, (b) xilan terhidrolisis 0.5 N H 2 SO 4 ,

## Uji Gula Total
Hasil  dari  proses  hidrolisis  paling optimum akan dianalisis gula total menggunakan  metode  (Gula  Total)  dengan Metode  Phenol-Sulphuric  Acid  (Asam  Fenol Sulfat)  (Dubois et  al., 1956)  yakni  perlakuan XI  (Xilan  HCl)  dan  Kontrol  (-)  xilan. Standart  gula  yang  digunakan  dalam  metode ini  adalah  gula  monomer  xilosa  pada perolehan gula total xilan.  Analisis perlakuan kontrol negatif bertujuan agar dapat membandingkan  hasilnya  dengan  perlakukan sehingga  dapat  dibuat  kesimpulan.  Perolehan hasil  analisis  gula  total  pada  perlakuan  XI jika  dibandingkan  dengan  kontrol  masing- masing  mengalami  kenaikan  total  gula (mg/L). Perolehan gula total pada
polisakarida xilan tanpa perlakuan (kontrol (- ))  yakni  sebesar  782  mg/L,  dan  pada  xilan terhidrolisis  (XI)  sebesar  2906  mg/L  (Tabel 1).  Artinya  proses  hidrolisis  berhasil  dengan dibuktikannya  kenaikan  jumlah  total  gula sebanyak  2124  mg/L.  Aniriani,  GW.  dkk (2014) menyatakan bahwa gula total merupakan  campuran  gula  reduksi  dan  non reduksi  yang  merupakan  hasil  hidrolisa  pati. Gula  reduksi  adalah  gula  hasil  pemecahan polisakarida,  sedangankan  gula  non-reduksi adalah  hasil  samping  dari  proses.  Semua monosakarida  dan  disakarida  kecuali  sukrosa berperan  sebagai  agensia  pereduksi  dan karenanya  dikenal  sebagai  gula  reduksi. Maka,  sebanyak  2124  mg/L  diindikasikan sebagai gula reduksi hasil hidrolisis (pemecahan gula).
Tabel  1.  Hasil  analisis  gula  total  dari  proses hidrolisis menggunakan metode Dubois.
No. Pengukuran Hasil (mg/L) 1. Xilan HCl (XI) 2906 2. Kontrol (-) xilan 782
Berdasarkan  Tabel  1,  dijelaskan bahwa sebanyak 2906 mg/L  merupakan  hasil dari total pemecahan gula atau hidrolisis.
Apabila dibandingkan dengan penelitian  Hayuningtyas et  al., (2014), polisakarida  jerami  hasil  pretreatmen  yang telah dilakukan hidrolisis asam menggunakan H 2 SO 4 selama  1  jam  pada  suhu  120˚C tekanan  1  atm  menghasilkan  gula  reduksi
21,7 g/100 g serbuk jerami padi. Berdasarkan penelitian  tersebut  jika  dibandingkan,  maka
memiliki  hasil  yang  lebih  besar  dalam perolehan  gula  reduksi.  Mengingat  pada penelitian  Hayuningtyas et  al., (2014) tersebut menggunakan NaOH sebagai pengekstrak  dalam  proses  pretreatmen,  maka yield yang dihasilkan sama yakni berupa gula xilan. Sedangkan  hidrolisis jerami padi tanpa penambahan  asam  (kontrol)  selama  1  jam pada suhu 120˚C tekanan 1 atm menghasilkan  gula  reduksi  sebesar  5,16 g/100  g  serbuk  jerami  padi.  Sama  hal  nya dengan perlakuan, untuk kontrol hasilnya pun lebih  besar.  Artinya,  penggunaan  asam  HCl lebih efektif dibandingkan dengan H 2 SO 4.

## KESIMPULAN DAN SARAN
1. Kondisi  optimum  proses  hidrolisis  asam pada  polisakarida  xilan dibuktikan  dari hasil optimasi jenis asam kuat terbaik yang digunakan  adalah  HCl,  karena  memiliki efisiensi  penambahan  Na 2 CO 3 10  %  lebih sedikit untuk mencapai pH netral dibandingkan  dengan  H 2 SO 4 .  Selain  itu HCl  juga  dapat  mendapatkan  jumlah  gula reduksi yang lebih banyak jika dibandingkan dengan hidrolisis menggunakan H 2 SO 4. 2. Jumlah  perolehan  gula  reduksi  dari  proses hidrolisis  asam  yang  paling  optimum (HCl) pada polisakarida xilan sebesar 2124 mg/L.

## SARAN
Saran yang diberikan dalam laporan kemajuan penelitian ini adalah,
1. Penetralan  pH  pada  proses  hidrolisis  oleh asam kuat sebaiknya menggunakan Natrium  Hidroksida  (NaOH),  bukan Natrium Karbonat (Na 2 CO 3 ) karena proses penetralan  akan  membutuhkan  jumlah yang lebih banyak dibandingkan NaOH.
2. Seharusnya  dilakukan  uji  gula  pereduksi selain  uji  gula  total,  untuk  membuktikan secara  semi  kuantitatif  hasil  gula  yang telah tereduksi atau terhidrolisis.
3. Perlu  dilakukan  uji  kuantitatif  yakni HPLC ( High Performance Liquid Chromatography )  untuk  mengetaui  jenis gula hasil hidrolisis atau gula pereduksi.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada  DRPM  DIKTI  yang  telah  mendanai penelitian ini. Ucapan terima kasih pula tidak lupa  kami  sampaikan  kepada  PT.  Angler Biochemlab  dalam  membantu  analisis  gula total.

## DAFTAR PUSTAKA
Aniriani,  G.W.,  A.  Meryandini  dan  Yopi. 2014. Hidrolisis Xilan Bagas Menggunakan Xilanase Bacillus subtilis 28 dan Karakterisasi Enzimnya .  Jurnal  Biologi  Indonesia .
11(1): 1-9.
Delmer,  D.P.  and  C.H.  Haigler.  2002.  The regulation of metabolic flux to cellulose,  a  major  sink  for  carbon  in plants. Metab . Eng. 4:22-28.
Dubois, M., K.A. Gilles, J.K. Hamilton, P.A.
Rebers and F. Smith. 1956. Colorimetric method for determination of  sugars  and  related  substances . Division  of  Biochemistry,  University of  Minnesota,  St.  Paul,  Min.  Vol.28, no. 3.
Feller  ,  R.L.,  S.B.  Lee  and  J.  Bogaard.  1986. The  kinetic  of  cellulose  deterioration. Advances  in  Chemistry , ACS  series . 212:329-347.
Gray,  K.A.,L.    Zhao  and  M.  Emptage.  2006.
Bioethanol .  Elsivier  (Curent  Opinion in Chemical Biology). 10: 141-146.
Hayuningtyas,  S.K. et  al. 2014.  Produksi Bioetanol  dari  Jerami  ( Oryza  sativa ) melalui Hidrolisis Asam dan Fermentasi  dengan Saccharomyces cerevicea e.  Bioteknolog i  11  (1):  1-4. ISSN:  0216-6887,  EISSN:  2301-8658, DOI: 10.13057.
Harry,  W.L.  and  J.M.  Christoper.  1989. Experimental Organic Chemistry: Principles and Practice. Wiley Blackwell. Pp. 159 – 173. ISBN 978-0- 632-02017-1.
Iranmahboob,  J.,  F.  Nadim  and    S.  Monemi.
2002.  Optimizing  acid-hydrlysis:  a critical  step  for  production  of  ethanol from  mixed  wood  chips. Biomass  and Bioenergy, 22: 401 – 404.
Lavarack,  B.P., G.J. Griffin and D. Rodman. 2002. The acid hydrolysis of sugarcane bagas hemicellulose to produce xylose, arabinose,  glucose  and  other  products. Biomass Bioenergy.,23, 367-380.
Miller, G.L. 1959. Use of dinitrosalycilic acid reagent  for  determination  of  reducing sugar. Anal Chem (31):426-428.
Mosier,  N.  C.  Wyman,  B.  Dale,  R.  Elander, Y.Y.  Lee,  M.  Holtzapple    and  M. Ladisch.  2005.    Features  of  promising technologies for pretreatment of lignocellulosic  biomass. Bioresource Technol .,  96, 673-686.
Prakash, P., S.K. Jayalaksmi  and B. Prakash. 2012. Production of alkaliphilic, halotolerent, thermostable cellulosefree xylanase by Bacillus halodurans PPKS-2  using  agro  waste:single  step purification and characterization.
World  J  Microbiol  Biotechnol (2012) 28:183–192. Reginaldo, dkk . 2007.
Structure, organization, and functions of cellulose synthase complexes in higher plants. Biotechnology Researcher Center, USA.
Riyanti,  E.I.  2008.  Biomassa  sebagai  bahan baku bioethanol. Jurnal Litbang Pertanian , 28(3).
Sun, Y.,   and J. Cheng.  2002.  Hydrolysis of lignocellulosic  materials  for  ethanol production:  a  review. Bioresource Technol., 83, 1-11.
Taherzadeh,  M.J.  and  K.  Karimi.  2007. Enzymes-based  hydrolysis  processes for ethanol from lignocellulosic materials: a review. Bioresources 2(4),
707-738.
Vogel,  A.R.,  B.S.  Tatchell,  A.J.  Hannaford, and P.W.G. Smith. Vogel’s Textbook of Practical  Organic  Chemistry .  2013. ISBN 0-582-46236-3.