## PENGEMBANGAN BIOREAKTOR HIDROLISIS ENZIMATIS UNTUK PRODUKSI BIOETANOL DARI BIOMASSA JERAMI PADI
( Development of enzimatics hydrolysis bioreactor for bioeethanol production from rice straw )
Diyono Ikhsan, Mohamad Endy Yulianto dan Indah Hartati
(Lemlit UNDIP Semarang)

## ABSTRACT
Human  activity  in  modern  life  has  disturbed  air  composition  and  causes  many problems dealing with environmental issues such as acid rain and global warming. Carbon dioxide is a greenhouse gas, which the concentration in the air is increasing by 30% since the era of industrial revolution. Some activities, especially the usage of fossil fuel has cause the  increasing  of  carbon  dioxide  concentration  and  other  greenhouse  gasses.  When  fossil fuels are consumed, carbon sequestered from the global carbon cycle for millions of years is released into the atmosphere, where it accumulates. One of effort need to be taken is to replace  the  usage  of  fossil  fuel  by  bio-ethanol.  Bio-ethanol  consumption  can  release considerably  less  CO 2 depending  on  how  it  is  produced.  Ethanol  from  cellulosic  biomass could  dramatically  reduce  emissions  of  the  greenhouse  gas,  carbon  dioxide  (CO 2 ). Although burning gasoline and other fossil fuels increases atmospheric CO 2 concentrations, the photosynthetic production of new biomass takes up most of the carbon dioxide released when bio-ethanol is burned. Rice straw hydrolysis for the enzymatic production of ethanol has some benefits such as higher yield, minimum side reaction, lower energy consumption and  lower  operation  condition.  The  research  objective  was  to  determine  the  optimum condition of rice straw hydrolysis process for bio-ethanol production by using Trichordema reseei.  The  research  was  divided  into  several  research  steps  which  were  bioreactor fabrication,  optimization  of  hydrolysis  process  parameters,  mathematical  modeling  by regression analysis and glucose fermentation process. Optimization process was conducted by  using  2 n factorial  design.  Parameters  studied  in  this  research  were  substrate-enzyme ratio,  water-rice  straw  ratio,  pH  and  reaction  time.  From  each  variable  we  analyzed  the glucose qualitatively and quantitatively. The determination of the most affecting variables was conducted by normal probability plot analysis. The calculation of main and interaction effect  was  conducted  prior.  The  process  variables  that  affect  the  rice  straw  hydrolysis process  were  pH  and  substrate-enzyme  ratio.  The  optimum  condition  was  achieved  at enzyme-substrate  ratio  1:1,4;  where  the  glucose  yield  was  18,001%  and  the  mathematical model was: 061 , 14 1683 , 1 0837 , 0 2     x x y . The optimum pH was hydrolysis process at pH
4,2 and the mathematical model was 18659 8 , 400 911 , 53 2     x x y .
Keywords: bioreactor, bioethanol, biomassa, enzyme

## PENDAHULUAN
Kegiatan manusia dalam kehidupan  modern  telah  mengganggu komposisi  udara  yang  menyebabkan masalah-masalah  lingkungan  yang  cukup serius, seperti hujan asam dan pemanasan global. Karbon dioksida (CO 2 ) merupakan  suatu  gas  rumah  kaca,  yang jumlahnya  di  udara  telah  meningkat sekitar 30% akibat  dari  kegiatan manusia sejak  awal  revolusi  industri.  Beberapa kegiatan,  khususnya  penggunaan  bahan
bakar  fosil,  telah  menyebabkan  kenaikan konsentrasi CO 2 dan gas rumah kaca yang lain  di  udara.  Salah  satu    usaha memperkecil  masalah  tersebut  adalah dengan penggunaan biofuel etanol sebagai  pengganti  bahan  bakar  fosil. Bioetanol  dapat  mengurangi  emisi  gas karbon  dioksida,  dan  proses  fotosintesis pada  produksi  biomassa  akan  menyerap gas  karbon  dioksida  yang  dihasilkan  dari pembakaran  bahan  bakar  fosil  (DOE, 2006).
Selain menyangkut isu lingkungan hidup, Seiring dengan semakin meningkatnya  kebutuhan  minyak  dan ketersediaan  minyak  yang  terbatas,  maka untuk  memenuhi  kebutuhan  minyak dalam negeri Indonesia harus mengimpor minyak  Dengan  meningkatnya  import minyak dan harga minyak dunia, diperkirakan biaya yang harus ditanggung pemerintah  Indonesia  dalam  pengadaan minyak  dalam  negeri  akan  semakin meningkat  pula.  Oleh  karena  itu  perlu dipertimbangkan penggunaan sumber energi  lain  selain  minyak.  Bioetanol merupakan  salah  satu  alternatif  sumber energi  yang  dapat  mengurangi    tekanan akibat tingginya harga minyak dunia.
Produksi  etanol  nasional  pada tahun  2006  mencapai  200  juta  liter. Kebutuhan  etanol  nasional  pada  tahun 2007  diperkirakan    mencapai  900  juta kiloliter  (Surendro,  2006).  Saat  ini bioetanol  diproduksi  dari  tetes  tebu, singkong maupun dari jagung. Salah satu alternatif bahan baku pembuatan bioetanol  adalah  biomassa  berselulosa. Biomassa  berselulosa  merupakan  sumber daya  alam  yang  berlimpah  dan  murah yang memiliki potensi mendukung produksi  komersial  industri  bahan  bakar seperti  etanol dan butanol.  Selain dikonversi  menjadi  biofuel,  biomassa berselulosa juga dapat mendukung produksi  komersial  industri  kimia  seperti asam  organik,  aseton  atau  gliserol
(Wymann,  2002).  Biomassa  berselulosa diantaranya diperoleh dari limbah pertanian,  limbah  perkebunan,  limbah kehutanan,  limbah  padat  kertas  dan beberapa limbah industri.
Salah  satu  limbah  pertanian  di Indonesia  yang  belum  dimanfaatkan adalah  limbah  tanaman  padi  (jerami). Jerami  adalah  tanaman  padi  yang  telah diambil  buahnya  (gabahnya),  sehingga tinggal batang dan daunnya yang merupakan  limbah  pertanian  terbesar serta  belum  sepenuhnya  dimanfaatkan karena adanya faktor teknis dan ekonomis.  Pada  sebagian  petani,  jerami sering digunakan sebagai mulsa pada saat menanam  palawija. Hanya sebagian kecil petani  menggunakan  jerami  sebagai pakan  ternak  alternatif  di  kala  musim kering  karena  sulitnya  mendapatkan hijauan.  Di  lain  pihak  jerami  sebagai limbah pertanian, sering menjadi permasalahan bagi petani, sehingga sering di  bakar  untuk  mengatasi  masalah tersebut.  Produksi  jerami  padi  dapat mencapai  12  -  15  ton  per  hektar  per panen,  bervariasi  tergantung  pada  lokasi dan  jenis  varietas  tanaman  padi  yang digunakan.
Produksi  padi  nasional  mencapai 54,75  juta ton  pertahun pada tahun 2006, meningkat  sebesar  1,11%  dibandingkan produksi  padi  tahun  2005.  Peningkatan produksi  padi  juga  diiringi  peningkatan limbah  jerami  padi  (Berita  Resmi Statistik, 2006).
Biomassa  berselulosa  terbentuk dari tiga komponen utama yakni selulosa, hemiselulosa dan lignin. Selulosa merupakan komponen utama yang terkandung  dalam  dinding  sel  tumbuhan dan  mendominasi  hingga  50%  berat kering  tumbuhan.  Jerami  padi  diketahui memiliki kandungan selulosa yang tinggi, mencapai  34.2%  berat  kering,  24.5% hemiselulosa dan kandungan lignin hingga  23.4%.  Komposisi  kimia  limbah
pertanian maupun limbah kayu tergantung  pada  spesies  tanaman,  umur tanaman,  kondisi  lingkungan  tempat
tumbuh dan langkah pemprosesan. Perbandingan  komposisi  kimia  beberapa biomassa disajikan pada Tabel 1. Tabel 1. Komposisi kimia berbagai biomassa Biomassa Selulosa(% b/b)  Hemiselulosa (% b/b) Lignin (% b/b) Kayu poplar Jerami padi Switchgrass 49.9 34.2 31.0 20.4 24.5 24.4 18.1 23.4 17.6 Sumber Wyman dkk, 1996 Struktur biomassa berselulosa merupakan struktur  yang kompleks.  Oleh karenanya, biomassa berselulosa merupakan  material  yang  lebih  sulit didegradasi  dan  dikonversi  dibandingkan material berbahan dasar dari starch.
Konversi enzimatis biomassa berselulosa menjadi bioetanol  melibatkan tiga langkah dasar yakni proses pretreatment,  proses  hidrolisa dan proses  fermentasi .  Proses  pretreatment bertujuan  mempermudah  akses  enzim selulase  untuk  menghidrolisa  selulosa menjadi monomer-monomer gula.
Proses hidrolisa
untuk
memproduksi  monomer-monomer  gula dari  selulosa  dan  hemiselulosa  dapat berlangsung  melalui  proses  hidrolisa asam maupun melalui hidrolisa enzimatis. Hidrolisa  asam  dibedakan  menjadi  dua proses  yaitu  Dilute  Acid  Hydrolysis  dan Concentrated  Acid  Hydrolysis.  Dilute Acid  Hydrolysis  (DAH)  merupakan teknologi  tertua  yang  digunakan  untuk menghidrolisa  selulosa.  Proses  DAH melibatkan larutan asam sulfat 1% dalam reaktor  kontinyu  yang  beroperasi  pada suhu  tinggi,  250 0 C. Konversi  dari proses tersebut hanya 50 %. Concentrated Acid Hydrolysis menggunakan  asam  sulfat  konsentrat  dan dilanjutkan  dengan  pelarutan  dalam  air untuk  melarutkan  dan  menghidrolisa selulosa menjadi gula. Hidrolisa selulosa secara enzimatis memiliki potensi untuk
meningkatkan  efisiensi,  konversi  dan produktifitas.  Hidrolisa  selulosa  secara enzimatis  melibatkan  beberapa  enzim yang  berbeda.  Enzim  yang  disekresi  dari filamentous  fungi Trichordema  reseei dapat  mengkonversi  biomassa  menjadi gula  (Hayn,1993).  Penelitian  mengenai hidrolisa  biomassa  secara  enzimatis  telah dilakukan oleh beberapa peneliti, diantaranya  hidrolisa  berbahan  baku limbah  kayu  softwood  (Wingren,  2003), jerami  gandum  (Shcmitd,  1998)  dan pinus. Yield yang diperoleh dari hidrolisa biomassa terutama dipengaruhi oleh jenis bahan baku (Palonen, 2004).
Hidrolisa selulosa secara enzimatis memiliki beberapa keuntungan, yakni konversi lebih tinggi, menghasilkan produk samping yang minimal, kebutuhan energi  lebih  rendah  dan  kondisi  operasi yang relatif lebih rendah. Proses enzimatis merupakan proses bersih lingkungan.  Dengan  menggunakan  bahan baku terbarukan ( renewable raw material )  yang  ekonomis  dari  limbah pertanian untuk proses produksi bioetanol dapat  memberikan  nilai  tambah  bagi petani.  Saat  ini,  hidrolisa  enzimatis merupakan teknologi yang sangat menjanjikan guna mengkonversi biomassa  menjadi  gula  untuk  selanjutnya dikonversi menjadi bioetanol. Hidrolisa sellulosa secara
enzimatis  merupakan  suatu  kasus  khusus dalam  bidang  enzimologi  karena  substrat berada  dalam  fasa  padat  sehingga
hidrolisa  berlangsung  pada  fasa  padat. Penelitian-penelitian yang berkaitan dengan  produksi  bioetanol  dari  berbagai biomassa  terus  dikembangkan,  baik penelitian  yang  berkaitan  dengan  enzim yang  digunakan  maupun  penelitian  yang berkaitan  dengan  sumber  bahan  baku. Hingga  kini  belum  ada  penelitian  yang berkaitan  dengan  pemanfaatan  jerami padi  sebagai  bahan  baku  pembuatan bioetanol  sehingga  variabel  berpengaruh pada  proses  hidrolisa  serta  kondisi optimum  proses  hidrolisa  jerami  padi belum dapat ditentukan. Hidrolisa sellulosa  secara  enzimatis  dipengaruhi beberapa  variabel  yakni  rasio  enzim- substrat, rasio jerami padi-air, temperatur,  pH  reaksi  dan  waktu  reaksi. Dengan  menggunakan  metode  factorial design,  variabel  yang  paling  berpengaruh terhadap proses hidrolisa dapat diketahui, sehingga  setelah  variabel  berpengaruh diketahui.  Optimasi  terhadap  variabel proses dapat dilakukan untuk mendapatkan  kondisi  optimum  proses hidrolisa  jerami  padi.  Glukosa  hasil hidrolisa  jerami  padi  secara  enzimatis selanjutnya difermentasi untuk menghasilkan  bioetanol.  Adapun  kondisi operasi yang dipilih pada proses fermentasi adalah kondisi operasi optimum berdasar beberapa hasil penelitian  terdahulu  (Okunowo  2007; Prasetyaningsih,  2007).  Penelitian  ini bertujuan untuk mengkaji dan menentukan  kondisi  optimum  reaksi hidrolisa jerami padi menggunakan Trichoderma reseei untuk produksi bioetanol.

## METODE PENELITIAN
Penelitian tentang pembuatan
bioetanol  melalui  hidrolisa  trigliserida enzimatis dari jerami padi dalam
bioreaktor  hidrolisis  enzimatis  akan diinvestigasi  baik  secara  eksperimen maupun pemodelan. Rangkaian penelitian akan dilaksanakan secara bertahap meliputi:
- Perancangan  dan  pabrikasi bioreaktor hidrolisis enzimatis
- Optimisasi  parameter-parameter  proses hidrolisa sellulosa menjadi glukosa
- Penyusunan  model  matematis  secara regresi pada kondisi optimum
- Fermentasi glukosa menjadi bioetanol
Perancangan dan Pabrikasi Alat

## Bioreaktor Hidrolisis Enzimatis
Perancangan dan pabrikasi bioreaktor  enzimatis  skala  laboratorium dikerjakan  di  Workshop  Teknik  Mesin UNDIP  selama  1  bulan.  Rangkaian  alat bioreaktor  yang  digunakan  untuk  proses hidrolisis  enzimatis  tersaji  pada  Gambar 1.  Rangkaian  alat  ini  terdiri  dari  reaktor enzimatis,  motor  pengaduk,  pemanas listrik, pengendali temperatur, pengendali pH,  jaket  pendingin  dan  pengendali putaran pengaduk.

## Bahan Penelitian
Bahan  utama  untuk  penelitian berupa  jerami  padi  diperoleh  dari  area penghasil padi di Kecamatan Gunungpati. Bahan-bahan  kimia  untuk  keperluan analisa  diperoleh  dari  PT.  Bratachem Semarang.  Bahan-bahan  kimia  tersebut adalah:
1. 2. 3. 4.
5. 6. 7. 8. Buffer acetate Trichordema reseei
Bovin Serum Albumin Asam sulfat
Demin Water Glukosa anhidrid Sacharomices cereviceae Fehling A dan B 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.
NaOH H 2 SO 4 Metilen Blue KH 2 PO 4 MgSO 4 . 7 H 2 O (NH 4 ) 2 SO 4 NaHCO 3 Metanol Teknis
Gambar 1. Rangkaian alat bioreaktor hidrolisis enzimatis

## Alat Penelitian
Beberapa  alat  yang  digunakan untuk  percobaan  dan  sebagai  pendukung terutama untuk keperluan analisa adalah:
1. Fluidised Sand Bath Reactor
2. Digester
3. Buret, dengan volume 10 ml dan skala 0,02 4. Piknometer, dengan volume 5 ml 5. Erlenmeyer, dengan volume 250 ml 6. Beaker glass , dengan volume 500 ml dan 100 ml 7. Gelas  ukur,  dengan  volume  10  ml, skala 0,01 dan volume 25, skala 0,1 8. Orbital Shaker bath 9. Auotoclave Variabel Percobaan Variabel-variabel percobaan dalam  reaksi  hidrolisa  selulosa  secara enzimatis  adalah  rasio  enzim-substrat, rasio jerami padi-air, pH reaksi dan waktu reaksi.  Batas  atas  dan  batas  bawah  untuk masing  masing  variabel  disajikan  pada Tabel 2. Adapun  tetapan  pada  percobaan  pertama adalah: Konsentrasi larutan sulfat = 1% Volume buffer = 50 ml Suhu pretreatment = 140 0 C Waktu pretreatment = 40 menit Waktu preinkubasi = 10 menit Tabel 2. Data batas atas dan batas bawah experimental design Variable Batas bawah (-) Batas Atas (+) Rasio enzim substrat Rasio limbah padi-air Waktu reaksi pH reaksi 1:1.75 2% 3 hari 4
1:1 5% 7 hari 5

## PROSEDUR PERCOBAAN
Proses pretreatment Jerami padi dihancurkan dan digiling kemudian direndam dalam larutan  asam  sulfat    1%  selama  satu malam  dengan  konsentrasi  5%  berat. Slurry hasil perendaman kemudian dimasukkan  kedalam  fluidised  sand  bath reaktor  dan  dipanaskan  hingga  140 0 C selama 40 menit.
Proses Hidrolisa Slurry hasil pretreatment dihidrolisa dengan rasio enzim-substrat, dan konsentrasi padatan sesuai variabel dalam 50  ml  larutan  buffer  acetate.  Larutan  di preinkubasi  pada  suhu  50 0 C  didalam  air menggunakan  orbital  shaker  bath    pada 150  rpm  selama  10  menit.  Enzim ditambahkan untuk memulai reaksi hidrolisis segera setelah proses
aklimatisasi. Sampel diambil untuk dianalisa  kadar  glukosanya  setiap  6  jam sekali.
Rancangan Riset Riset yang akan dilakukan merupakan riset dengan rancangan eksperimen murni. Percobaan direncanakan dengan menggunakan faktorial  design  dengan  ulangan  2  kali. Data  yang  diperoleh  dianalisis  dengan analisis  varian  menggunakan  normal probability plot.

## Experimental Design
Analisa  data  pada  penelitian  ini menggunakan sistem eksperimental design yang berarti sekumpulan percobaan  (tempuhan)  yang  dirancang untuk  memperoleh  data-data  konkret untuk  membuktikan  suatu  hipotesa.  Pada eksperimental design setiap variabel yang diuji  ditentukan  pada  beberapa  harga, biasanya  dua  harga  untuk  variabel  bebas.
Kemudian variabel bebas tersebut dikombinasikan pada semua kemungkinan  yang  ada.  Dari  kombinasi variabel  bebas  tersebut  akan  didapatkan data-data  yang  akan  digunakan  pada pengambilan kesimpulan dengan menggunakan metode statistik. Eksperimental  design  adalah  salah satu cara yang sering digunakan dibandingkan cara-cara lain yang konvensional, karena mempunyai beberapa kelebihan yaitu :
 Eksperimental design hanya membutuhkan  tempuhan  yang  lebih sedikit  untuk  mengetahui  efek-efek pada semua variabel.
 Kondisi  optimum  yang  didapat  lebih tepat karena mengikutsertakan faktor- faktor interaksinya.
 Pengambilan  kesimpulan  lebih  pasti karena  didukung  metode  perhitungan
statistika  yang  mudah  dan  cukup sederhana.
Optimasi Parameter Proses
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan  kondisi  optimum  proses hidrolisa  jerami  padi  guna  menghasilkan glukosa yang selanjutnya dapat dikonversi  menjadi  bioetanol.  Optimasi parameter  proses  akan  dilakukan  di Laboratorium  Kimia  Analisa  Universitas Diponegoro Semarang Selama 2 bulan.
Tetapan  pada  proses  optimasi  sama dengan  tetapan  pada  penentuan  variabel berpengaruh  ditambah  dengan  parameter proses  selain  variabel  yang  paling berpengaruh.  Optimasi  parameter  proses akan  dilakukan  terhadap  variabel  paling berpengaruh. Variabel percobaan diperoleh dengan membuat interval terhadap  variabel    paling  berpengaruh yang telah ditentukan dari tahap penentuan variabel berpengaruh.
Pemodelan Regresi pada Kondisi

## Optimum
Kegiatan pemodelan diawali dengan menyusun  persamaan  matematis  secara regresi  berdasarkan  data  dari  studi optimasi parameter proses. Pemodelan ini dilakukan  di  Laboratorium  Komputasi Proses  Teknik  Kimia  Fakultas  Teknik UNDIP  selama  1  bulan.  Model  regresi mewakili  variabel  proses  yang  paling berpengaruh  terhadap  hidrolisa  biomassa jerami  padi  secara  enzimatis  pada keadaan  optimum  dan  digunakan  untuk memprediksikan  kondisi  serta  evaluasi kinerja alat bioreaktor hidrolisis enzimatis. Rancangan proses pembuatan bioetanol melalui proses hidrolisa enzimatis  jerami  padi  disajikan  pada Gambar 2.

## Gambar 4. Rancangan Proses
Gambar 2. Rancangan proses pembuatan bioetanol melalui proses hidrolisa enzimatis jerami padi
Proses fermentasi Proses fermentasi dilakukan
terhadap  glukosa  yang  diperoleh  dari optimasi  parameter  proses  hidrolisa jerami  padi  secara  enzimatis.  Glukosa hasil  hidrolisa  yang  telah  dianalisa  kadar glukosanya  dikondisikan  agar  memiliki kadar  glukosa  sebesar  14%.  Pasteurisasi untuk  mensterilkan  medium  dilakukan dengan  pemanasan  uap  pada  suhu  75 0 C kemudian  didinginkan  selama  1  jam hingga  mencapai  suhu  ruang.  Starter ditambahkan  sebesar  12%.  pH  larutan dijaga  4.5.  Fermentasi  dilakukan  selama 30  jam.  Hasil  fermentasi  dianalisa  total alkoholnya menggunakan metode spesifik gravimetri dan dianalisa
kadar glukosanya.  Kondisi  operasi  pada  proses
fermentasi  merupakan  kondisi  yang relatif baik bagi proses fermentasi alkohol berdasar hasil penelitian beberapa peneliti (Okunowo 2007; Prasetyaningsih ,2007).

## HASIL PENELITIAN Perancangan dan Pabrikasi Bioreaktor Hidrolisis Enzimatis
Rangkaian  alat  bioreaktor  yang digunakan untuk proses hidrolisis selulosa menjadi glukosa secara enzimatis tersaji pada Gambar 3. Rangkaian alat ini terdiri  dari  reaktor  enzimatis,  motor pengaduk, pemanas listrik, seting temperatur dan pengaturan putaran pengaduk  serta  indikator  suhu  berbasis komputerisasi.
Jerami padi Pre- Treatment Pengkondisian Padatan Hidrolisa Enzimatis Glukosa Pengeringan Penggilingan Cairan Asam & Steam Enzim Fermentasi Etanol yeast Penentuan Variabel Berpengaruh & Optimasi Parameter Proses

## Gambar 3. Rangkaian alat bioreaktor hidrolisis enzimatis
Uji Coba Bioreaktor Hidrolisis

## Enzimatis
Uji  coba  alat  proses  digunakan untuk  menstabilkan  setting    kondisi operasi,  konsistensi  proses  dan  stabilitas proses,  sehingga  dapat  digunakan  untuk mengukur data percobaan di
laboratorium.  Uji  coba  alat  bioreaktor hidrolisis  enzimatis  ini  tersaji  pada Gambar 4.
Gambar 4. Uji coba alat bioreaktor hidrolisis enzimatis
Perbanyakan Fungi Trichordema reseei Fungi Trichordema  reseei yang digunakan  sebagai  biokatalis  proses hidrolisa  selulosa  seperti  disajikan  pada
Gambar  5  diperoleh  dari  Laboratorium
Mikrobiologi UNNES. Perbanyakan fungi dilakukan di Laboratorium Bioteknologi UNNES dengan tujuan agar enzim selulase hasil sekresi dari Trichordema reseei dapat maksimal.
Gambar 5. Fungi Trichordema reseei
Proses perbanyakan  fungi  diawali dengan  penyiapan  media.  Media  yang digunakan  adalah  PDA  (agar  dextrose). PDA  yang  digunakan  di  didihkan  selama 15  menit.  Selanjutnya  media  di  letakkan pada petri dish yang telah disterilisasi dan didinginkan.  Setelah  media  agar  pada cawan  petri  dingin  fungi  Trichoderma sebanyak  satu  oase  ditanam  pada  media. Selanjutnya  cawan  petri  berisis  fungi  di masukkan  ke  dalam  almari  pendingin selama 2 hari.
Isolasi Enzim Selulase pada Trichoderma reseei Proses  isolasi  enzim  selulase dilakukan  di  Laboratorium  Mikrobiologi UNNES.  Enzim  selulase yang  akan digunakan  pada  proses  hidrolisa  jerami diisolasi  menggunakan  larutan  NaCl dengan  tujuan  untuk  mengestrak  selulase yang  disekresi  dari  filamenteus  fungi. Fungi Trichoderma  reseei di  tambah dengan 50 ml larutan NaCl 0.2 N. Larutan kemudian  di  centrifugasi  pada  suhu rendah  dengan  kecepatan  10.000  rpm selama  10  menit  dengan  tujuan  untuk memisahkan fasa ekstrak dan fasa rafinat. Selanjutnya ekstrak yang berupa supernatan dipisah dari padatan.
Supernatan  yang  mengandung  enzim kemudian  dipanaskan  pada  suhu  rendah untuk memisahkan enzim dari air.

## Proses Pretreatment
Percobaan  pendahuluan  dilakukan dengan  proses  pretreatment  jerami  padi menggunakan  larutan  asam  sulfat  (0.6- 1.5%,b/b) yang dipanaskan dalam autoclave pada  suhu  121 0 C  selama  90 menit. Proses treatment bertujuan memecah  ikatan  antara  lignin  dan hemiselulosa.  Hal  ini  dilakukan  karena tanpa  melalui  proses  treatment,  enzim selulase  tidak  dapat  mengakses  kedalam selulosa sehingga proses hidrolisa selulosa pada biomassa terhambat. Pernyataan  ini  sesuai  Polanen,  2004 bahwa
keberadaan lignin dan hemiselulosa akan mengurangi laju hidrolisa  karena  terjadi  adsorbsi  selulase terhadap lignin.

## Studi Experimental Design
Studi experimental design dilakukan  untuk  mengetahui  variabel yang  paling  berpengaruh  pada  proses hidrolisa  selulosa menjadi  glukosa secara enzimatik. Penentuan variabel ber- pengaruh  dilakukan  dengan  melakukan tempuhan  berdasar  rancangan  percobaan sesuai  metoda factorial  design .  Tahap awal penggunaan metoda factorial design adalah  menetapkan  variabel  bebas  serta tetapan  pada  percobaan.  Variabel  bebas pada penelitian ini berdasarkan pada batas atas dan bawah.

## Tabel 3. Kadar Glukosa (%) Hasil Percobaan
Run Lambang Faktor rasio enzim- substrat rasio air- jerami padi pH Waktu reaksi Kadar Glukosa (%) 1 Y1 1:1 ( - ) 2% (-) 4 ( - ) 4( - ) 12.574 9 Y9 1:1.75 ( + ) 2% (-) 4 ( - ) 4( - ) 14.332 5 Y5 1:1 ( - ) 5% ( + ) 4 ( - ) 4( - ) 14.082 13 Y13 1:1.75 ( + ) 5% ( + ) 4 ( - ) 4( - ) 12.295 3 Y3 1:1 ( - ) 2% (-) 5 ( + ) 4( - ) 16.560 11 Y11 1:1.75 ( + ) 2% (-) 5 ( + ) 4( - ) 14.578 7 Y7 1:1 ( - ) 5% ( + ) 5 ( + ) 4( - ) 18.579 15 Y15 1:1.75 ( + ) 5% ( + ) 5 ( + ) 4( - ) 15.314 2 Y2 1:1 ( - ) 2% (-) 4 ( - ) 7 ( + ) 15.828 10 Y10 1:1.75 ( + ) 2% (-) 4 ( - ) 7 ( + ) 16.360 6 Y6 1:1 ( - ) 5% ( + ) 4 ( - ) 7 ( + ) 18.690 14 Y14 1:1.75 ( + ) 5% ( + ) 4 ( - ) 7 ( + ) 13.645 4 Y4 1:1 ( - ) 2% (-) 5 ( + ) 7 ( + ) 16.746 12 Y12 1:1.75 ( + ) 2% (-) 5 ( + ) 7 ( + ) 13.382 8 Y8 1:1 ( - ) 5% ( + ) 5 ( + ) 7 ( + ) 20.417 16 Y16 1:1.75 ( + ) 5% ( + ) 5 ( + ) 7 ( + ) 18.408 Data hasil percobaan berupa kadar glukosa (%) untuk masing-masing tempuhan  tersaji  pada  Tabel  3.  Analisa normal probability plot dilakukan, setelah perhitungan  main  efek  dan  perhitungan
interaksi.  Respon  yang  diperoleh  dari perhitungan  tersebut  dianalisa  nilai  yang paling signifikan dan merupakan variabel yang paling berpengaruh terhadap percobaan. Tabel 4. Hasil Analisa Respon Terhadap Variabel Respon Variabel Analisa 12.574 14.332 A -1.89525 14.082 B 1.38375 12.295 AB -1.13125 16.560 AC 2.02225 14.578 C -0.75975 18.579 BC 1.47925 15.314 ABC 1.14925 15.828 D 1.89525 16.360 AD -0.57625 18.690 BD 0.82725 13.645 ABD 0.07575 16.746 CD -0.91475 13.382 ACD 0.54475 20.417 BCD 0.65825 18.408 ABCD 0.3387
A,  adalah  variabel  rasio  enzim– substrat  ;  B:  variabel  rasio  jerami  padi- air;  C:  variabel  pH;  dan  D:  variabel waktu.  Tabel  4.  hasil  analisa  respon terhadap  variabel    menunjukkan  bahwa variabel AC mempunyai nilai yang paling signifikan sebesar 2,02225. Oleh karenanya dapat diambil suatu kesimpulan  bahwa    variabel  A    dan variabel C, merupakan faktor yang paling berpengaruh dalam percobaan ini.
Optimasi Variabel Proses Rasio
Enzim-Substrat
Tahap selanjutnya adalah penentuan kondisi  optimum  untuk  variabel  proses rasio  enzim-substrat.  Optimasi  kondisi proses  dilakukan  pada  berbagai  variabel proses rasio enzim-substrat dengan mengkondisikan  pada  pH  4.  Perolehan
kadar  glukosa  untuk  delapan  tempuhan tersaji  pada  Gambar  6.  Hasil  percobaan menunjukkan  bahwa  semakin  besar  rasio enzim-substrat,  semakin meningkat  kadar glukosanya.  Hal  ini  terjadi  karena semakin besar rasio enzim-substrat menyebabkan  tumbukan  antar  molekul- molekul reaktan dengan enzim meningkat, sehingga penyusupan molekul enzim  ke  dalam  substrat  lebih  sering terjadi.  Akan  tetapi,  peningkatan  rasio enzim-substrat di atas 1:1,4, glukosa yang diperoleh  relatif  mendekati  konstan.  Hal ini  terjadi,  karena  penurunan  energi aktivasi  reaksi  hidrolisa  relatif  kecil. Kondisi  optimum  dicapai  pada  rasio enzim-substrat  1:1,4  dengan  perolehan glukosa  sebesar  18,001%  dan  model regresinya
adalah: 061 , 14 1683 , 1 0837 , 0 2     x x y .
Model  matematis  kuadratik  ditentukan berdasarkan  pada  kecenderungan  bentuk kurva dan kesalahan relatif tiap titik yang terkecil.
y = -83.69x 2 + 1168.3x + 14061 R 2 = 0.9836 13,500 14,000 14,500 15,000 15,500 16,000 16,500 17,000 17,500 18,000 18,500 1,00 0,91 0,83 0,77 0,71 0,67 0,63 0,59 Rasio enzim -substrat K a d a r g lu k o s a ( % )
Gambar 6. Grafik hubungan antara rasio enzim-substrat terhadap kadar
glukosa

## Optimasi Variabel Proses pH
Penentuan  kondisi  optimum  untuk variabel  proses  pH  dilakukan  pada  rasio
enzim-substrat  1:1,4.  Optimasi  variabel proses dikondisikan pada berbagai rentang pH,  yaitu antara 4  -  5. Gambar 6 menunjukkan  bahwa  perolehan  glukosa terbesar  dicapai  pada  pH  4,2  dengan persamaan model 18659 8 , 400 911 , 53 2     x x y . Hal
tersebut  menunjukkan  bahwa aktivitas enzim  selulase  sangat  sensitif  terhadap pH.  Namun  demikian,  samsuri,  et  al, 2007,  menyatakan  bahwa  pH  optimum untuk enzim selulase pada 4,8.
y = -53.911x 2 - 400.8x + 18659 R 2 = 0.9716 0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000 18,000 20,000 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0 pH K a d a r g lu k o s a ( % )
Gambar 7. Grafik hubungan antara pH terhadap kadar glukosa

## KESIMPULAN
Variabel proses yang berpengaruh terhadap  reaksi  hidrolisa  jerami  padi secara  enzimatis  adalah  pH  dan  rasio enzim-substrat.  Kondisi  optimum  dicapai pada  rasio  enzim-substrat  1:1,4  dengan perolehan  glukosa  sebesar  18,001%  dan model regresinya adalah:
061 , 14 1683 , 1 0837 , 0 2     x x y . Sedangkan kondisi optimum pH, perolehan  glukosa  terbesar  dicapai  pada pH 4,2 dengan persamaan model
18659 8 , 400 911 , 53 2     x x y .

## SARAN
Produksi  bioetanol  dari  biomassa jerami  padi  secara  enzimatik  sangat prospektif dan menjanjikan. Oleh karenanya,  perlu  studi  lebih  lanjut  guna
mendapatkan data-data teknis dan analisis tekno-ekonomi  yang  digunakan  untuk produksi  bioetanol  secara  komersial  dari biomassa berbasis selulosa.

## DAFTAR PUSTAKA
Antongiovanni,  M.,1983, Variability  in Chemical  Composition  of  Straw . CIHEAM, Options Mediterraneennes
Berita  Resmi  Statistik,  2006, Produksi
Jagung,  Padi  dan  Kedelai .  Berita Resmi Statistik Volome 35/IX Bjerre AB, Olesen AB, 1996, Pretreatment of Wheat Straw Using Combined  Wet  Oxidation  and Alkaline  Hydrolysis  Resulting  in Convertible Cellulose and Hemicellulose .  Biotechnol  Bioeng 49 Bin  Yang,  Wyman.  E,  2005, BSA
Treatment  to  Enhance  Enzymatic Hydrolisis  of  Cellulose  in  Lignin Containing  Substrat . Biotechnology and Bioengineering Journal Vol 94 No 4 jully  Willey Interscience DOE,  2006, A  Reswearch  Roadmap  to
Resulting from Biomass To Biofuels
Workshop . Office of Science, Marryland
Erickson  K,  1990”  Microbial  and Enzymatic  Degradation  of  Wood”
Springer Berlin
Glasneer  David,  1999, Corn  Stover
Potential .  ASHS  Press,  Alexandria, VA Grohman K, Torget R, 1985, Optimization of Dilute Acid Pretreatment of Biomass . Biotechnol.Bioeng.15 Hayn,  M.,  Steiner  W.,  1993, Basic Research  and  Pilot  Studies  on  the Enzymatic Conversion of Lignocellulosic .  Bioconversion  of
Forest and Agricultural Plant Residues, Wallington, UK. IEA  Energy  Technology  Essential,  2007,
Biofuel Production . www.iea.org Johanessen  R,  1991, Energy  Efficiency and  Environmental  News  Alcohol Production  from  Biomass .  Florida Energy Extension news Kelly,  C.,  2007, Enzymes  in  Hydrolysis and  Pretreatment .  OSU  College  of Engineering Ladish, M.R, Zeng M, 2005, Microscopic Examination  of  Changes  of  Plant Cell  Structure  in  Lignocellulosic Material Due to Hot Water Treatment and Enzymatic Hydrolisis . Lynd L.R., 1996, Overview and Evaluation  of  fuel  Ethanol  from
Cellulosic  biomass .  Annu  Rev energy Environment Media  Pertanian;  2003, Pengembangan Padi  Hibrida  Terbuka  Lebar ,  Situs Hijau Media Pertanian Online. Okunowo, Oluwanisula, 2007, Quantitation  of  Alcohol  in  Wine . African Journal of Biochemistry. Palonen, H., Tjerneld, F., 2004,
Adsorbtion of purified Trichordema reseei  cellulases  and  their  catalytic domain  to  steam  pretreatment softwood  and  isolated  lignin .  J Biotechnology 107
Prasetyaningsih, E., 2007, Industri Alkohol . E-Kuliah. Knowledge Collaborative Sharing Ramakrisna, 2007, Technological Challenges in Bioethanol
Production . Praj Industries Limited
Samsuri, M., Mardias, R., Wijanarko, A., Gozan, M., 2007, Produksi Bioetanol dari Bagas dengan Enzim Selulase . Prosiding Seminar Nasional  Rekayasa  Kimia  dan Proses, Undip Schmidt  AS,  1998. Optimization  of  Wet Oxidation  Pretreatment  of  Wheat Straw . Biores.Technol .
Suarna,  E., Prospek  dan  Tantangan Pemanfaatan Biofuel Sebagai Sumber Energi Alternatif Pengganti Minyak di Indonesia .
Surendro,  H.,  2006, Biofuel .  DJLPE,
Jakarta
Wingren  A,  Galbe  M.,  2003. Techno Evaluation  of  Producing  Etanol From Softwood . Biotechnol Journal. Wyman  CE,  2002. Potential  Synergies and Challenges in Refining Cellulosic Biomass to Fuels .
Biotechnol Progress. Zanin,  G.M.,  2005. Determination  of Inhibition in the Enzymatic Hydrolysis  of  Cellobiose  Using Hybrid Neural Modelling . Brazillian  Journal  of  Chemical Engineering Vol 22