Indonesian Journal of Chemical Science and Technology

## State University of Medan
e-ISSN : 2622-4968, p-ISSN : 2622-1349
IJCST-UNIMED, Vol. 05, No. 2, Page ; 98 – 101
Received : June 15 th , 2022 Accepted :  July 28 th , 2022             Web Publised ; July 30 th , 2022
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

## Bioethanol Manufacturing from α-Cellulose Waste of Empty Palm Oil Frugs (Elaeis guineensis jack) with Hydrolysis Concetration Variations HCl and Cellulase Enzyme
Indra Masmur a , Herliana b , Bramwell Sitompul b , Elvri Melliaty Sitinjak c
a Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Universitas Sumatera Utara, Medan- 20155, Indonesia.
b, Organic  Chemistry  Laboratory,  Faculty  of  Mathematics  and  Natural  Sciences,  Universitas  Sumatera  Utara, Medan-20155, Indonesia.
c Department of Chemical Engineering , Politeknik Teknologi Kimia Industri, Medan-20228, Indonesia
*Email : Intar76@yahoo.com

## ABSTRACT
This study uses raw materials containing lignocellulose, namely empty fruit bunches of oil palm. Oil palm empty fruit bunches were isolated to produce cellulose, hydrolyzed into simple sugars, fermented, and distilled. From the isolation of cellulose obtained α-cellulose of 19.9612 grams (26.6149%). Then it was hydrolyzed using HCl with  a  concentration  variation  of  15%;  20%;  25%;  30%;  and  enzymatically  hydrolyzed  using  cellulase  to produce  simple  sugars  which  were  tested  qualitatively  with  Benedict's  reagent  and  Tollens  reagent,  then quantitatively tested by the Luff Schroll method. The higher the concentration of acid used, the higher the sugar will be. The best bioethanol obtained from acid hydrolysis is using 30% HCl with ethanol content of 6.54% and enzymatic 7.32%.
Keywords : Bioethanol, cellulose, hydrolysys, oil palm empty fruit brunches, simple sugars

## I. Pendahuluan
Berdasarkan  data  BPS  tahun  2020,  Indonesia memiliki  14.858.300  hektar  dengan  produksi  CPO Indonesia  48,4  juta  ton  dalam  22  propinsi.  Di Indonesia  Kelapa  sawit  merupakan  salah  satu komoditi  hasil  pertanian  yang  diperdagangkan, baik  untuk  industri  dalam  negeri  maupun  ekspor. Tandan  kosong  kelapa  sawit  (TKKS)  yang merupakan  limbah  industri  sampai  saat  ini  kurang dimanfaatkan secara optimal dan dianggap menimbulkan  pencemaran  lingkungan.  Tandan kosong  kelapa  sawit  (TKKS)  adalah  salah  satu produk  sampingan  berupa  padatan  dari  industri
pengolahan  kelapa  sawit.  Usaha  pemanfaatan limbah  kelapa  sawit  dapat  dilakukan  sebagai bentuk  optimalisasi  pemanfaataan  sumber  daya lokal dan untuk meminimalkan kerusakan lingkungan.
Berdasarkan  paparan  di  atas,  maka  sangat memungkinkan  jika  tandan  kosong  kelapa  sawit (TKKS)  dimanfaatkan  sebagai  sumber  selulosa. Untuk  memperoleh  selulosa  dari  tandan  kosong kelapa  sawit  (TKKS)  dapat  dilakukan  dengan  cara delignifikasi  menggunakan  asam  ataupun  basa. Salah  satu  turunan  selulosa  yang  banyak  disintesis adalah  selulosa  asetat.  Selulosa  asetat  merupakan
99
© 2022 State University of Medan
salah satu produk yang dapat disintesa dari selulosa (Wang,  2009).  Produksi  etanol  dilakukan  melalui empat  tahapan  proses  yaitu  isolasi  selulosa, hidrolisis,  fermentasi,  dan  destilasi.  Pada  proses fermentasi  dilakukan  dengan  bantuan  mikrob. Mikrob yang telah berhasil menghasilkan bioetanol diantaranya Saccharomycess cerevisiae dan
Zymmomonas mobilis (Hermiati, E, 2010).
Ningsih melakukan penelitian dalam pembuatan  bioetanol  TKKS  dengan  metode hidrolis asam dan fermentasi dengan menggunakan larutan  NaOH  (4%)  dan  dilanjutkan  dengan hidrolisa  asam  menggunakan  larutan  H 2 SO 4 (2- 5%). Dan fermentasi yang dilakukan menggunakan Saccharomyses  Cerevisiae .  Dari  penelitian  ini kadar  bioetanol  yang  dihasilkan  semakin  tinggi sampai  5  hari  waktu  fermentasi.  Kadar  bioetanol tertinggi yang dihasilkan sebesar 9,698%. 1
Berdasarkan  uraian  di  atas  Peneliti  tertarik  untuk memanfaatkan  TKKS  sebagai  sumber  potensial selulosa  untuk  menghasilkan  bioetanol,  dimana hasil selulosa akan diuji dengan fourier  transform- infra red (FT-IR) dan Scanning electron microscopic (SEM),  lalu  selulosa  dihidrolisis dengan  perbandingan  asam  HCl  15%,  20%,  25%, 30%,  dan  hidrolisis  menggunakan  enzim  selulase menjadi gula sederhana dan difermentasi menggunakan ragi roti ( Saccharomyces cereviceae ) selama 6 hari menjadi alkohol.

## II. Metodologi Penelitian
2.1. Bahan kimia, peralatan dan instrumentasi Alat-alat yang
digunakan
dalam penelitian ini antara lain: beaker glass, gelas erlenmeyer,  gelas  ukur,  neraca  analitik, magnetic bar , hotplate  stirrer ,  cawan  petri,  spatula, oven blower ,  labu  takar,  desikator,  plastik,  karet,  pisau, kertas  saring  biasa,  kertas  saring whatmann , indikator  universal,  buret,  termometer, alluminium foil ,  saringan,  sampel  cup, Spektrofotometer  ft-ir , pipet  tetes,  statif  dan  klem,  labu  leher  dua, kondensor  bola,  pompa  air,  panci,  corong  kaca, tabung  reaksi,  botol  vial,  jangka  sorong,  gunting, kertas label, waterbath
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian  ini  antara  lain  :  Tandan  kosong  kelapa sawit, aquadest ,  NaOH,  HNO 3 ,  Na 2 SO 3 ,  NaOCl, KH 2 PO 4 , H 2 O 2 , larutan benedict, HCL, (NH 4 ) 2 SO 4 , MgSO 4. 7H 2 O dan ragi roti.
2.2. Prosedur penelitian
Pada  tahap  awal  dilakukan  delignifikasi menggunakan pelarut NaOH dan Na 2 SO 3 2%. Hasil selulosa  yang  didapatkan  kemudian  dianalisis denganm  FTIR  dan  SEM.  Selulosa  yang  didapat kemudian  dihidrolisis  secara  kimia  dengan  variasi penambahan  HCl  15%,  20%,  25%,  30%  yang kemudian masing-masing variasi setelah ditambahakn  dengan  variasi  HCl  kemudian ditambahkan  NaoH  10%  hingga  pH=4-4,5.  dan dihidrolisis secara enzimatis dengan enzim selulase dilakukan  dengan  penambahan  enzim  selulase. Glukosa  yang  diperoleh  masing-masing  variasi hidrolisis  HCl  dan  hidrolisis  enzimatis  kemudian duuji  secara  kualitatif  dan  kuantitatif.  Kemudian glukosa  yang  telah  dianalisis  difermentasi  masing- masing  dengan  ragi  roti  dan  didestilasi  sehingga dihasilkan bioetanol. Kadar bioetanol  hasil pemisahan  diuji  dengan  metode  oksidasi  kalium dikromat.

## III. Hasil dan Diskusi

## 3.1. Analisis FT-IR
Gambar 1 Perbandingan Spektrum FT-IR selulosa TKKS dan Komersil
Jika  dibandingkan  dengan  TKKS  komersial pada  gambar  1  maka  dapat  dilihat  hasil  FT-IR selulosa komersil yang memiliki bilangan gelombang  yang  berbeda  dari  selulosa  TKKS. Puncak  vibrasi  dari  gugus  -OH  lebih  rendah  dari selulosa  TKKS  yaitu  pada  daerah  bilangan gelombang  3287,5  cm -1 ,  puncak  vibrasi  starching CHsp 3 sama  dengan  selulosa  TKKS  yaitu  2892,4 cm -1 ,  puncak  vibrasi  -CH 2 bending  lebih  rendah dari selulosa TKKS yaitu 1423,8 cm -1 , dan puncak vibrasi  gugus  C-O-C  lebih  tinggi  dari  selulosa TKKS yaitu 1028,7 cm -1 .
Gambar  2.  menunjukan  SEM  dari  α- selulosa  menunjukkan  permukaan  yang  kasar dengan  ukuran  diameter  sekitar  343-  365  μm. Morfologi  yang  kasar  ini  disebabkan  oleh kandungan  lapisan  lilin,  substansi  lemak,  dan pengotor.

## Gambar 2 . SEM dari selulosa TKKS
Pada  proses  hidrolisis  secara  TKKS digunakan perbandingan variasi menggunakan HCl dan  menggunakan  enzim  selulase  menghasilkan kadar gula sederhana sebagai berikut
Tabel 1 . Kadar gula sederhana Variasi Hidrolisa Kadar Hidrolisis dengan HCL 15% 5,52% Hidrolisis dengan HCL 20% 6% Hidrolisis dengan HCL 25% 7,68% Hidrolisis dengan HCL 30% 7,92% Hidrolisis dengan Enzim selulase 11,45% Hasil  masing-masing  gula  sederhana  yang diperoleh diuji secara kualitatif dengan penambahan  pereaksi  Benedict  dan  Tollens menghasilkan  endapan  merah  bata  dan  cermin perak,  lalu  dilanjutkan  uji  kuantitatif  dengan metode luff school .
Fermentasi  bioetanol  hasil  variasi  hidrolisis HCl  dan  hasil  hidrolisis  enzimatis  menghasilkan kadar  bietanol  tertinggi  pada  hidrolisis  HCl  30% dan menggunakan enzim selulase, yaitu 7.32% dan 6,54%. Pada penelitian ini telah berhasil mendapatkan  bietanol  yang  difermentasi  selama  6 hari  dengan  bantuan  ragi  roti  (Sacchromycess cereviciae) sebanyak 10-20% dari bahan fermentasi. Kadar bioetanol yang tinggi didapatkan
dari  hidrolisis  HCl  dengan  variasi  30%  sebesar 6,54%  dan  kadar  bioetanol  yang  didapatkan  dari hidrolisis  enzimatis  sebesar  7,32%.  Lamanya proses  fermentasi  akan  meningkatkan  kadar  asam asetat,  Hal  ini  didukung  dengan  hasil  penelitian Hardoyo et al. (2007) Tingginya kadar asam asetat akan  memperbanyak  konsentrasi  gula  sederhana Hal  ini  sesuai  dengan  pendapat  Hutasoit  dkk (2016)  yang  menyatakan  bahwa  semakin  tinggi konsentrasi  substrat  atau  gula  yang  dapat  dipecah oleh  sel Saccharomyces  cerevicae menjadi bioetanol  maka  semakin  tinggi  pula  konsentrasi bioetanol  yang  dihasilkan.  Hal  ini  dikarenakan pada  konsentrasi  gula  yang  lebih  tinggi,  tersedia lebih  banyak  substrat  yang  dapat  dikonversi menjadi bioetanol.
Tabel 2 . Kadar etanol dari variasi HCl Variasi Hidrolisis Kadar Etanol Hasil Hidrolisis Dengan HCL 15% 3,06 % Hasil Hidrolisis Dengan HCL 20% 4,55 % Hasil Hidrolisis Dengan HCL 25% 6,04 % Hasil Hidrolisis Dengan HCL 30% 6,54 % Hasil Hidrolisis dengan enzim selulase 7,32%
3.2. Aplikasi Hasil  penelitian  ini  memberikan  dampak baik  bagi  masyarakat  sekitar,  salah  satunya mengurangi penumpukan limbah yang meresahkan masyarakat sekitar.

## IV. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan dapat  disimpulkan  bahwa  isolasi  selulosa  dari limbah  TKKS  menghasilkan  α-selulosa  sebesar 19,9612  gram  (26,6149%).  Kemudian  selulosa  di hidrolisis  masing-masing  menggunakan  variasi HCl  15%,20%,25%,30%  dan  enzim  selulase sehingga  menghasilkan  glukosa  hasil  hidrolisis variasi  HCl  tertinggi  pada  variasi  30%  sebesar 7,92% dan pada hidrolisis enzimatis menggunakan enzim  selulase  sebesar  11,45%.  Kadar  bioetanol yang  tertinggi  didapatkan  dari  hidrolisis  variasi menggunakan  HCl  30%  sebesar  6,54%  dan hidrolisis  menggunakan  enzim  selulase  7,32%. Dapat  disimpulkan  bahwa  perbandingan  variasi yang didapatkan antara HCl 15%, 20%, 25%, 30% dan  hidrolisis  enzimatis  didapatkan  bahwa hidrolisis  ennzimatis  bioetanol  yang  diperoleh
lebih  besar,  dan  proses  dari  hidrolisis  enzimatis lebih ramah lingkungan.

## Acknowledgement
Terima  kasih  saya  sampaikan  kepada  kedua  orang tua  saya  atas  kasih  sayang,  semangat,  dan dukungan  moral  juga  material,  penulis  juga menyampaikan  kepada  Bapak  Dr.  Indra  Masmur, S.Si.,  M.Si.  selaku dosen pembimbing,  kepada  Ibu Dr.  Sovia  Lenny,  M.Si.  selaku  Ketua  Program Studi  S1  Kimia  FMIPA  USU,  dan  Bapak Muhammad  Zulham  Efendi  Sinaga  S.Si.,  M.Si. selaku  Sekretaris  Program  Studi  S1  Kimia  FMIPA USU.  Terimakasih  kepada  kepada  Ibu  Dr.  Juliati Br. Tarigan, M.Si. selaku Ketua Bidang dan Kepala Laboratorium  Kimia  Organik  beserta  seluruh  staff dan  Dosen  Program  Studi  Kimia  FMIPA  USU. Penulis  mengucapkan  terimakasih  kepada  sahabat tercinta  sekaligus  keluarga  selama  saya  di  Medan, Dewi,  Yesica,  Sherly  Josua,  Sion,  Agus  dan  Asep telah  memberikan  pengaruh  besar  terhadap  mental penulis.  Penulis  juga  mengucapkan  banyak terimakasih  kepada  seluruh  asisten  laboratorium kimia organik 2017, kawan saya  Mega, Arin, Teti, Bram

## Referensi
1. Hermiati,  E ., 2010.  Pemanfaatan  biomassa Lignoselulosa  Ampas  Tebu  untuk  Produksi
Bioetanol. Jurnal litbang pertanian 29(4).
2. Hardoyo, d. (2007). Kondisi Optimum Fermentasi Asam Asetat Menggunakan Acetobacter  aceti  B166.  Lampung:  FMIPA
Universitas Lampung.
3. Khopkar  SM.,  2003.  Konsep  Dasar  Kimia Analitik . UI Press. Jakarta. 4. Lankinen,  P.,  2004. Ligninolytic  Enzymes  of The  Basidiomycetous  Fung  Agaricus  bisporus and  Phlebia  radiata  on  Lignocellulose- Containing  Media .  Finland:  University  of Helsinki. 5. McMurry,  J. 2007. Organic Chemistry .
International Student Edition. China : Thomson
6. Ningsih,  Y.A.,  2012.  Pembuatan  Bioetanol  Dari Tandan  Kosong  Kelapa  Sawit  (TKKS)  Dengan
Metode  Hidrolisis  Asam  dan  Fermentasi.
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik.
Universitas Sriwijaya .
7. Ohwoavworhua,F.,  2005.  “ Phosporic  Acid- Mediated Depolymerization and Decrystalization  of  α-Cellulose  Obtained  from Corn  Cob:Preparation  of  Low  Criystallinity Cellulose
and Some Physcochemical
Properties”,Tropical Journal of Pharmaceutical  Reserch,  Volume  4.Number  2, 2005), 509.
8. Poedjiadi,  Anna.,  1994.  Dasar-dasar  Biokimia. Jakarta: UI-Press
9. Trifosa,  D.,  2007.  Konversi  Pati  Jagung Menjadi  Bioetanol  Skripsi  Program  Studi Kimia, FMIPA ITB, Bandung: tidak diterbitkan
10. Wang, Y., L. Yang,  G. Luo, and Y.  Dai.  2009. Preparation  of  cellulose  acetate  membrane filled  with  metal  oxide  particles  for  the prevaporation  separation  on  methanol/methyl tert-butyl ether mixtures. Chemical Engineering Journal, Vol. 146. p. 6-10.