## ISOLATION STUDY OF EFFICIENT α - CELLULOSE FROM WASTE PLANT STEM MANIHOT ESCULENTA CRANTZ
KAJIAN PROSES ISOLASI α - SELULOSA DARI LIMBAH BATANG TANAMAN MANIHOT ESCULENTA CRANTZ YANG

## EFISIEN
Ketut Sumada, Puspita Erka Tamara, dan Fiqih Alqani Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, UPN “Veteran” Jawa Timur Jl. Rungkut Madya, Gunung Anyar Surabaya 60294 fax. 0318706372

## ABSTRACT
Waste Manihot esculenta Crantz stems of plants is one of the waste has a high cellulose content. However, current waste plant Manihot esculenta Crantz stems only become organic waste that  has  not  been  fully  utilized.  The  study  is  expected  to  utilize  waste  Manihot  esculenta  Crantz plant stems to produce α-cellulose can be used for paper and solve the problem of the environment especially forests. Waste Manihot esculenta Crantz plant stems as a raw material containing fiber 65.38%, 29.01% leather waste, waste cambium levels of 5.61% and 56.82% α-cellulose. Stages of research to produce α-cellulose include prehidrolisis stage, the stage of delignification, bleaching stages, and analysis of α-cellulose. At this stage delignification used NaOH, Na 2 SO 3 , Na 2 SO 4 with varying concentrations of 5, 10, 15, 20, 25% by weight as degrading lignin which is then followed by bleaching stage using H 2 O 2 2% and 5% NaOCl to get a pure α-cellulose. The best results with α-cellulose  content  of  90.41%  in  the  delignification  process  Na 2 SO 3 with  20%  using  2%  H 2 O 2 bleaching.
Key words : Waste Plant Manihot esculenta Crantz Trunk, delignification, bleaching, α-cellulose

## PENDAHULUAN
Indonesia  merupakan  negara  agraris  dimana sebagian  besar  penduduknya  bekerja  disektor  pertanian. Salah  satu  hasil  pertanian  yang  banyak  dijumpai  adalah batang  tanaman Manihot  esculenta  Crantz .  Pemanfaatan tanamannya sebagian besar menghasilkan ubi kayu untuk kebutuhan  pangan  dan  produksi  bioetanol.  Sedangkan bagian  batang  hanya  10  %  dari  tinggi  batang dimanfaatkan  untuk ditanam  kembali,  dan  90% merupakan  limbah. Limbah ini dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan produk α-selulosa yang dapat dimanfaatkan sebagai  bahan  baku  industri  :  kertas,  bahan  peledak, membran, plastik, dan sebagainya.
Limbah  batang Manihot  esculenta  Crantz (ubi kayu)  mengandung  α-selulosa  yang  cukup  besar. Berdasarkan  analisa  laboratorium  diketahui  batang tanaman  mengandung  56,82%  α-selulosa, lignin 21,72%, ADF 21,45% dan panjang serat 0,05 – 0,5 cm . Proses  isolasi  α-selulosa  dari  limbah  batang tanaman Manihot esculenta  Crantz meliputi  proses prehidrolisis, delignifikasi, dan bleaching . Proses prehidrolisis merupakan  proses  awal  menggunakan aquadest pada  suhu  100 o C  selama  1  jam . Prehidrolisis
bertujuan  untuk  mempercepat  penghilangan  pentosan (hemiselulosa) dalam  bahan baku pada waktu pemasakan ( cooking ). Pretreatment menggunakan  air  lunak  ( soft water )  atau  larutan  asam  encer.( Kol.  Umar  S. Tarmansyah,  2007) . Proses  delignifikasi  bertujuan  untuk melarutkan  kandungan lignin dalam  kayu  sehingga mempermudah  pemisahan lignin dengan  serat,  proses  ini dilakukan  dengan  menggunakan  bahan  kimia  NaOH, Na 2 SO 3 ,  dan  Na 2 SO 4 dan  juga bleaching (pemutih) dengan menggunakan H 2 O 2 dan NaOCl. Proses bleaching bertujuan  untuk  melarutkan  sisa  senyawa lignin yang dapat  menyebabkan  perubahan  warna,  dengan  cara mendegradasi  rantai lignin yang  panjang  oleh  bahan- bahan  kimia  pemutih  menjadi  rantai-rantai lignin yang pendek,  maka lignin dapat  larut  pada  saat  pencucian dalam  air  atau  alkali.    ( Dietrich  Fengel  –  Gerd Wegener,1995) . Pengertian Selulosa
Berdasarkan derajat polimerisasi (DP) dan kelarutan dalam  senyawa  natrium  hidroksida  (NaOH)  17,5%, selulosa dapat dibagi atas tiga jenis, yaitu : a. α - Selulosa (Alpha Cellulose) adalah selulosa berantai panjang,  tidak  larut  dalam  larutan  NaOH  17,5%  atau
larutan  basa  kuat  dengan  DP  (Derajat  Polimerisasi) 600 – 15000. α - selulosa dipakai sebagai penduga dan atau  tingkat  kemurnian  selulosa.  Selulosa  dengan derajat  kemurnian  α  >  92  %  memenuhi  syarat  untuk bahan  baku  utama  pembuatan  propelan  atau  bahan peledak.  Sedangkan  selulosa  kualitas  dibawahnya digunakan  sebagai  bahan  baku  pada  industri  kertas dan  industri  kain  (serat  rayon).  Semakin  tinggi  kadar alfa  selulosa,  maka  semakin  baik  mutu  bahannya. Rumus  struktur  alfa  selulosa  sebagai  berikut (Nuringtyas, 2010) :
Gambar 1 . Rumus struktur α - selulosa
b. Selulosa β  (Betha  Cellulose) adalah  selulosa  berantai pendek,  larut  dalam  larutan  NaOH  17,5%  atau  basa kuat dengan DP (Derajat Polimerisasi) 15  – 90,  dapat mengendap bila dinetralkan.
Gambar 2. Rumus struktur beta selulosa
c. Selulosa γ (Gamma Cellulose) adalah  selulosa berantai pendek,  larut  dalam  larutan  NaOH  17,5%  atau  basa kuat dengan DP (Derajat Polimerisasi) kurang dari 15, kandungan utamanya adalah hemiselulosa.
Faktor-faktor
yang mempengaruhi proses delignifikasi adalah:
1.Waktu  pemasakan,  dipengaruhi  oleh lignin semakin besar  konsentrasi lignin semakin  lama  waktu pemasakan dan kisaran waktu pemasakan antara 1- 4 jam.
2.  Konsentrasi  larutan  pemasak,  jika  kadar lignin besar
maka konsentrasi larutan pemasak juga harus besar.
3.  Pencampuran  bahan,  dipengaruhi  oleh  pengadukan. Dengan  pengadukan,  akan  dapat  meratakan  larutan dengan bahan baku yang akan dipisahkan lignin nya.
4.  Perbandingan  larutan  pemasak  dengan  bahan  baku, didasarkan  pada  perbandingan  larutan  pemasak dengan  bahan  baku.  Semakin  kecil  perbandingan larutan  pemasak  dengan  bahan  baku  maka lignin yang didegradasi akan kecil juga.
5.  Ukuran  bahan,  semakin  besar  ukuran  bahan  maka semakin lama waktu prosesnya.
6. Suhu dan Tekanan, semakin besar suhu dan  tekanan maka  semakin  cepat  waktu  prosesnya,  kisaran suhunya  antara  100 o C  -  110 o C  dan  untuk tekanannya 1 atm.

## METODOLOGI
Penelitian  dilakukan  dalam  4  tahap  kegiatan  penelitian yaitu : 1) Tahap Prehidrolisis meng- gunakan  aquadest, dengan   rasio  bahan terhadap cairan pemasak : 1  : 6 pada suhu 100 o C selama  1 jam. 2) Tahap Delignifikasi menggunakan NaOH, Na 2 SO 3 , dan Na 2 SO 4 , dengan  variasi konsentrasi  yaitu  masing-masing  5%, 10%,  15%,  20%,  25%  dengan  perbandingan  berat  serat dan volume larutan 1:8, diproses selama  2 jam  pada suhu 105 o C.  3)  Tahap Bleaching menggunakan  H 2 O 2 2% maupun  NaOCl  5%  selama  2  jam  pada  suhu  60 o C.  4)
Tahap analisis kadar α-selulosa.
Limbah  batang  tanaman Manihot  esculenta  Crantz diparut  agar  menjadi  serat,  setelah  itu  dioven  pada  suhu 100 o C  selama  2  jam.  Lalu  kita  lakukan  prehidrolisis. Timbang  50  gr  serat  limbah  batang  tanaman Manihot esculenta  Crantz yang  telah  kering.  Proses  selanjutnya dimasak  dengan  NaOH,  Na 2 SO 3 ,  dan  Na 2 SO 4 sesuai dengan  variabel.  Kemudian  α-selulosa  yang  didapatkan dipisahkan dari cairan  pemasaknya dan dicuci dengan air hingga  bersih.  Setelah  pencucian,  α-selulosa  basah selanjutnya  dikeringkan  pada  suhu  100 0 C.  Kemudian dianalisis kadar α-selulosa hasil proses delignifikasi. Serat basah  hasil  delignifikasi  dengan  berat  75  gr  tersebut di bleaching dengan menggunakan H 2 O 2 2% sebanyak 500 ml  maupun  NaOCl  5%  sebanyak  500  ml  selama  2  jam pada  suhu  60 o C.  Pisahkan  suhu  105 o C  hingga  kering. Kemudian  dilakukan  analisis  kadar  α-selulosa.  larutan bleaching dengan  α-selulosa,  α-selulosa  yang  didapat dikeringkan  dalam  oven  pada  suhu  105 o C  hingga  kering. Kemudian dilakukan analisis kadar α-selulosa.
Gambar 3.Skema Penelitian
Limbah  batang  tanaman Manihot  esculenta Crantz diparut agar menjadi serat, setelah itu dioven pada suhu  100 o C  selama  2  jam.  Lalu  kita  lakukan prehidrolisis. Timbang 50 gr serat limbah batang tanaman Manihot  esculenta  Crantz yang  telah  kering.  Proses selanjutnya dimasak dengan NaOH, Na 2 SO 3 , dan Na 2 SO 4 sesuai  dengan  variabel.  Kemudian  α-selulosa  yang didapatkan dipisahkan dari cairan  pemasaknya dan dicuci dengan  air  hingga  bersih.  Setelah  pencucian,  α-selulosa basah  selanjutnya  dikeringkan  pada  suhu  100 0 C. Kemudian  dianalisis  kadar  α-selulosa  hasil  proses delignifikasi.  Serat  basah  hasil  delignifikasi  dengan  berat 75  gr  tersebut  di bleaching dengan  menggunakan  H 2 O 2 2%  sebanyak  500  ml  maupun  NaOCl  5%  sebanyak  500 ml  selama  2  jam  pada  suhu  60 o C.  Pisahkan  larutan bleaching dengan  α-selulosa,  α-selulosa  yang  didapat dikeringkan  dalam  oven  pada  suhu  105 o C  hingga  kering. Kemudian dilakukan analisis kadar α-selulosa.

## Hasil Penelitian dan Pembahasan
Pada  proses  delignifikasi  dengan  menggunakan NaOH, Na 2 SO 3 , dan Na 2 SO 4 dengan konsentrasi 5%-25% diperoleh  kkualitas  α  –  selulosa  seperti  terlihat  dalam grafik 1.
Ganbar  4 .  Hubungan  antara  konsentrasi  bahan  proses delignifikasi dengan kandungan α – selulosa
Berdasarkan Gambar 4, semakin besar konsentrasi NaOH,  Na 2 SO 3 ,  dan  Na 2 SO 4 maka  α  –  selulosa  yang diperoleh  semakin  besar  tetapi  pada  konsentrasi  tertentu besarnya  α  -  selulosa  menunjukkan  kecenderungan konstan.  Hal  itu  disebabkan,  karena  semakin  besar konsentrasi  NaOH,  Na 2 SO 3 ,  dan  Na 2 SO 4 maka  kadar lignin yang  terlarut  semakin  besar.  Pada  proses delignifikasi  jenis  bahan  yang  terbaik  adalah  Na 2 SO 3 dengan  konsentrasi 20  % (pH = 11) diperoleh  kandungan α  –  selulosa  88,90  %.  Penggunaan  NaOH  dan    Na 2 SO 4 memberikan  hasil α  –  selulosa  yang  kecil karena  NaOH mempunyai pH yang besar (pH = 14)  sehingga terdapat α –  selulosa    yang  larut.  Sedangkan  penggunaan  Na 2 SO 4 mempunyai  pH  yang  lebih  kecil  (pH  =  9)  menyebabkan
kelarutan lignin dan ADF yang rendah. Pada proses bleaching menggunakan H 2 O 2 2% dan NaOCl 5% diperoleh kandungan α – selulosa seperti pada Gambar 5 dan 6.
Gambar  5. Hubungan  antara  konsentrasi  proses delignifikasi  dengan  proses bleaching H 2 O 2 2% terhadap kandungan α – selulosa
Gambar  6. Hubungan  antara  konsentrasi  proses delignifikasi  dengan  proses bleaching NaOCl  5%  terhadap  kandungan  α  – selulosa
Berdasarkan  Gambar  5,  pada  proses bleaching dengan  H 2 O 2 2%  setelah  terjadi  proses  delignifikasi,  α  – selulosa  yang  diperoleh  semakin  besar  tetapi  pada konsentrasi tertentu menunjukkan kecenderungan konstan.  Hal  ini  disebabkan,  proses bleaching H 2 O 2 2% disamping dapat mengubah warna dapat juga menurunkan kadar lignin sehingga  diperoleh  produk  dengan  warna yang cerah dan α – selulosa yang tinggi. Terjadi kenaikan kadar α – selulosa sebesar 1,69 %.
Berdasarkan  Gambar  6,  pada  proses bleaching dengan NaOCl 5% setelah terjadi proses delignifikasi, α – selulosa  yang  diperoleh  semakin  besar  tetapi  pada konsentrasi tertentu menunjukkan kecenderungan konstan. Hal ini disebabkan, proses bleaching NaOCl 5% disamping dapat mengubah warna dapat juga menurunkan kadar lignin sehingga  diperoleh  produk  dengan  warna yang cerah dan α – selulosa yang tinggi. Terjadi kenaikan kadar α – selulosa sebesar 7,34 %.
Dari  kedua  Gambar  diatas,  proses bleaching dengan  menggunakan  H2O2  2%  menghasilkan  α  – selulosa yang lebih besar dibanding dengan menggunakan NaOCl  5%.  Hal  ini  disebabkan  karena,  menggunakan NaOCl 5% menghasilkan HOCl bersifat asam yang dapat melarutkan α – selulosa.
Pada  proses  delignifikasi yield yang  dihasilkan seperti terlihat dalam Gambar 7
Gambar 7.  Hubungan  antara  konsentrasi  proses delignifikasi dengan yield Berdasarkan  Gambar  7, Yield adalah  berat  kering produk dibagi berat bahan awal dikali 100%. Pada proses delignifikasi  semakin  besar  konsentrasi  NaOH,  Na 2 SO 3 , dan  Na 2 SO 4 maka lignin yang  terlarut  semakin  besar mengakibatkan yield yang  diperoleh  semakin  kecil. Yield yang  kecil  menunjukkan  konsentrasi  α  –  selulosa  yang tinggi  atau  tingkat  kemurnian  α  –  selulosa  tinggi. Yield terkecil dengan kadar α – selulosa terbesar diperoleh pada konsentrasi Na 2 SO 3 20% sebesar 63,91%. Pada  proses  delignifikasi yield yang  dihasilkan setelah bleaching H 2 O 2 2% dan NaOCl 5% seperti terlihat dalam Gambar 8 dan 9
Gambar  8 .  Hubungan  antara  konsentrasi  proses delignifikasi dengan yield setelah bleaching H 2 O 2 2%
Gambar  9 .  Hubungan  antara  konsentrasi  proses delignifikasi  dengan yield setelah bleaching NaOCl 5%
Berdasarkan  Gambar  8  dan  9,  Pada  proses bleaching menggunakan H 2 O 2 2% dan NaOCl 5%, secara umum yield yang  diperoleh  pada  proses bleaching menggunakan  NaOCl  5%  jauh  lebih  kecil  dibanding dengan  H 2 O 2 2%  tetapi  pada  kondisi  tertentu  H 2 O 2 2% lebih  kecil.  Hal  ini  disebabkan  karena  proses bleaching NaOCl  menghasilkan  asam  dan  memudahkan  kelarutan lignin dan  α – selulosa. Kondisi terbaik proses bleaching menggunakan  H 2 O 2 2%  terjadi  pada  proses  delignifikasi menggunakan  Na 2 SO 3 20%    dengan yield sebesar 62,85% dengan kadar α – selulosa sebesar 90,41%.

## KESIMPULAN
1. Limbah  batang  tanaman Manihot  esculenta Crantz mengandung serat dengan kadar 65,38%.
2. Limbah  batang  tanaman Manihot  esculenta Crantz mengandung  α  –  selulosa  dengan  kadar 56,82 %.
3. Panjang serat α – selulosa 0,05 cm - 0,5 cm.
4. Limbah  batang  tanaman Manihot  esculenta Crantz termasuk kayu keras.
5. Jenis  bahan  kimia  untuk  proses  delignifikasi yang  menghasilkan  α  –  selulosa  terbesar  adalah Na 2 SO 3 dengan  konsentrasi  20  %  dan  kadar  α  – selulosanya 88,90 %.
6. Jenis  bahan  kimia  untuk  proses bleaching yang menghasilkan  α  –  selulosa  terbesar  adalah  H 2 O 2 dengan  konsentrasi  2  %  dan  kadar  α  – selulosanya 90,41 %.
7. Proses bleaching H 2 O 2 2%  hanya  mampu meningkatkan kadar α – selulosa sebesar 1,69%.
8. Yield terkecil  pada  proses  delignifikasi    dengan kadar  α  –  selulosa  terbesar  diperoleh  pada konsentrasi Na 2 SO 3 20% sebesar 63,91%.
9. Yield terkecil pada proses bleaching menggunakan  H 2 O 2 2%  dengan  kadar    α  – selulosa  terbesar  diperoleh  pada  konsentrasi Na 2 SO 3 20% sebesar 62,85%.
10. Berdasarkan  analisis  ekonomi  proses  yang efisien  adalah  proses  delignifikasi  menggunakan Na 2 SO 3 20% serta bleaching menggunakan H 2 O 2 2%.

## DAFTAR  PUSTAKA
Anonim.2005.http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456
789/18471/4/Chapter%20II.pdf.  diakses  pada tanggal 1 Oktober 2010.
Anonim.http://72.14.235.104/search?q=cache:omEqHMA CINUJ:buletinlitbang.dephan.go.id/index.asp%3 Fvnomor%3D18%26mnorutisi%3D3+pembuata n+SELULOSA&hl=id&ct=clnk&cd=1&gl=id. Diakses pada 23 September 2010.
Anonim.http://www.indobioethanol.com/sumber_lain.php . Diakses 26 September 2010.
Apry  Shinsetsu  Silver  Fox.  10  Agustus  2010. Makalah Pembuatan  Pulp  dan    Kertas  dari  Ampas  Tebu dengan Proses Acetosolv . (Online), (http://aprysilverfox.blogspot.com/2010/08/maka lah-pembuatan-pulp-dan-kertas-dari.html ,
diakses 1 Oktober 2010).
Casey, P. 1980. Pulp and Paper Chemistry and Chemical Technology Volume I . John Wiley & Sons. New York Chichester Brisbane Toronto.p. 377-745. Dence,  C.W.,  and  Reeve,  D.W.  1996. Pulp  Bleaching Principle  and  Practice , page:349-415 .  Tappi Perss, Atlanta. Eko  Nopianto .  Pengetahuan  Bahan  Agroindustri, Selulosa . (Online),
(http://eckonopianto.blogspot.com/2009/04/selul osa.html , diakses 25 September 2010). Endrah.  26  Januari  2010 .  Pengelolaan  Limbah  Tape Singkong . (Online),
(http://endrah.blogspot.com/2010/01/i.html, diakses 6 September 2010).
Fengel  Dietrich  –  Wegener  Gerd,  1995. Kayu .  Gajah Mada University Press, Yogyakarta.
George,  T.  Austin.  1975. Shreve’s  Chemical  Process Industries,  5  th  ed.,  page:615–624 .  Mc  Grew Hill International Edition. New York.
Isroi.  13  Februari  2008. Potensi  Bioethanol  dari Biomassa Lignoselulosa , (Online),
(http://isroi.wordpress.com/2008/02/13/potensi- bioethanol-dari-biomassa-lignoselulosa/,  diakses 26 September 2010).
Kirk,  R.  E.,  Othmer,  D.  F.1952. Encyclopedia  Of
Chemical  Tecnology ,  4th  ed.,  page:593  –  616. The  International  Science  Encyclopedia  Inc., New York.
Nuringtyas,  Tri  Rini.  2010. Karbohidrat .  Gajah  Mada University Press, Yogyakarta. Nursyamsu.  1990. Pembuatan  Pulp  dengan  Proses  Soda halamanl: 1-23. BBPK, Bandung.
Othmer, K. 1992. Encyclopedia Of Chemical Technology Vol 9 . Interscience  Encylopedia Inc, New York. Rahma.  2002. Pembuatan  Selulosa  Asetat  dari  Sabut Siwalan .  Jurusan  Teknik  Kimia  UPN  “Veteran”
Jawa Timur.
Rapson  and  Spinner.  1979. Brigness  Reversion  in
Blecched Pulps, page:357-387 . Technical Association of Pulp and Paper Industry. USA.
Sugesty.  1986. Sumber  Bahan  Baku  Pulp,halaman:1-20 . Balai Besar Pulp dan Kertas, Bandung.
Tim  Puslitbang  Indhan  Balitbang  Dephan  (Kol.  Umar  S. Tarmansyah). Pemanfaatan  Serat  Rami  untuk Pembuatan Selulosa , (Online),
(http://buletinlitbang.dephan.go.id/index.asp?vno mor=18&mnorutisi=3,  diakses  26  September 2010)
Zellerbach.  1983. Clorine  Dioxide  Plant  Clorate Electrolysis  Synthesis page:1-18.  Largi  Munich Process. USA.