e-ISSN Number 2655 2967

## Journal of Chemical Process Engineering
Volume 4 Nomor 1 (2019) SINTA Accreditation Number 10/E/KPT/2019 Published by Corresponding Author Department of Chemical Engineering lismeri@yahoo.co.id Faculty of Industrial Technology Universitas Muslim Indonesia, Makassar Address Jalan Urip Sumohardjo km. 05 (Kampus 2 UMI) Journal History Makassar- Sulawesi Selatan Paper received : 17 April 2019 Phone Number Received in revised form : 18 Mei  2019 +62 852 5560 3559 Accepted : 29 Mei 2019
+62 823 4988 0792

## Pengaruh Suhu Dan Waktu Pretreatment Alkali Pada Isolasi Selulosa Limbah Batang Pisang
(Effect of Temperature and Time on Alkali Pretreatment of Cellulose Isolation From Banana Stem Waste)

## Lia Lismeri, Yuli Darni, Mitra Dimas Sanjaya, Muhammad Iqbal Immadudin
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Lampung, Jalan Prof. Dr. Soemantri Brojonegoro 1, Bandar Lampung 35145, Indonesia
Kata Kunci: Batang Pisang, Isolasi Selulosa, Pretreatment Alkali, Serat Selulosa
Key Words : Banana Stem, Cellulose Isolation, Alkali Pretreatment, Cellulose Fiber

## Inti Sari
Limbah  batang  pisang  yang  dihasilkan  dari  perkebunan  pisang  merupakan  biomassa yang    kandungan  selulosanya  dapat  diisolasi  dan  dimanfaatkan  sebagai  bahan  baku pembuatan  serat  selulosa.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  meningkatkan  yield  selulosa dari batang pisang  dengan perlakuan pretreatment alkali. Pelarut alkali  yang  digunakan adalah NaOH 1% dengan variabel operasi berupa temperatur 60, 70, dan 80°C dan waktu 60, 90, dan 120 menit. Proses delignifikasi dilakukan dengan menggunakan Na 2 SO 3 20% dan H 2 O 2 2% sebagai agen pemutih. Dari hasil analisis kadar lignoselulosa, pretreatment yang menghasilkan rendemen selulosa terbesar  yaitu 51,64% pada kondisi operasi suhu 80°C  selama    60  menit.  Dari  hasil  Uji  FTIR  dan  SEM  dapat  diketahui  bahwa  isolasi selulosa  dari  batang  pisang  dengan  pretreatment  alkali  memperlihatkan  keberadaan gugus fungsi utama penyusun selulosa serta struktur permukaan serat selulosa.

## Abstract
Banana stem waste from banana plantation is a lignocelluloses biomass which contain cellulose  and  can be  isolated and  used  as  raw  material  for  cellulose  fiber.  The  aim  of this research wss to improve the cellulose yield by using alkali pretreatment method. In this study, banana stem wastes treated with NaOH 1% with temperature variable of 60, 70, and 80°C and time variable of 60, 90, and 120 minutes. Followed by delignification using  Na 2 SO 3 20% and  bleaching  by  H 2 O 2 2%.  Lignocelluloses  content analysis result give  the  best  pretreatment  at  variable  of  temperature  80°C  and  variable  of  time  60 minutes  which give  cellulose  content  51.64%.  FTIR  and  SEM  testing result  shown that isolated cellulose from banana stem waste with alkali pretreatment show the existence of main functional groups of cellulose and the surface structure of cellulose fiber.

## PENDAHULUAN
Provinsi  Lampung  merupakan  salah  satu provinsi dengan produksi pisang nasional terbesar di  Indonesia  dengan  produksi  pada  tahun  2014 mencapai 1,4 juta ton. Limbah batang pisang yang dihasilkan  dari  pertanian  pisang  merupakan sumber  biomassa  yang  kandungan  selulosanya dapat  diisolasi  dan  dimanfaatkan  sebagai  bahan baku  pembuatan  serat  selulosa.  Venkateshwaran dan Elayaperumal (2010) yang meneliti komposisi  lignoselulosa  pada  batang  pisang menemukan  bahwa  batang  pisang  mengandung kadar  selulosa  yang  cukup  tinggi  yaitu  46%, diikuti  hemiselulosa  38,54%,  dan  lignin  9%. Kandungan selulosa yang cukup tinggi menjadikan  limbah  batang  pisang  layak  sebagai bahan baku pembuatan serat selulosa.
Proses  isolasi  selulosa  dari  limbah  batang pisang terdiri dari tahapan pretreatment , delignifikasi,  dan bleaching . Pretreatment alkali merupakan proses pretreatment dengan menggunakan  larutan  alkali  dengan  tujuan  untuk meregangkan  ikatan  antar  lignoselulosa  sehingga memudahkan  pelarutan  lignin  dan  hemiselulosa pada tahapan selanjutnya (Sun dan Cheng, 2002). Delignifikasi  merupakan  proses  pendegradasian ikatan  lignin  untuk  mempermudah  pemisahan lignin  dengan  kandungan  lignoselulosa  lainnya (Sun  dan  Cheng,  2002).  Sedangkan  proses bleaching merupakan  proses  yang  dilakukan untuk  pemutihan  dan  mendegradasi  lignin  yang tersisa  dengan  cara  memutuskan  rantai-rantai pendek  lignin  sehingga  lignin  mudah  larut  saat pencucian (Fengel dan Wegener, 1995).
Asror  dan  Emilia  (2017)  meneliti  pengaruh suhu  dan  konsentrasi  NaOH  proses pretreatment pada  jerami  padi  mendapatkan  hasil  rendemen selulosa  tertinggi  sebesar  34,13%  pada  kondisi konsentrasi NaOH 7% dan suhu 140°C. Penelitian yang  dilakukan  Han et.  al. (2012)  mengenai pretreatment pada  batang  gandum  dengan menggunakan  NaOH  1%  selama  1,5  jam  dengan suhu 121°C memberikan hasil kenaikan kandungan  selulosa  sebesar  44,52%  sementara kandungan  hemiselulosa  dan  lignin  berukang sebesar 44,15% dan 42,52%. Kemudian penelitian yang  dilakukan  oleh  Sumada  dkk  (2011) mengenai  delignifikasi  pada  limbah  batang  ubi kayu  menggunakan  NaOH,  Na 2 SO 3 ,  dan  Na 2 SO 4 dengan  variasi  konsentrasi  5-25%  memperoleh hasil kandungan selulosa tertinggi pada
penggunaan  larutan  Na 2 SO 3 20%  dengan  hasil kandungan selulosa 88,90%.
Berdasarkan  penelitian-penelitian  yang  telah dilakukan  sebelumnya,  maka  penelitian  ini dilakukan untuk meningkatkan rendemen selulosa yang didapat dengan melakukan variasi pada suhu dan  waktu  pada  tahap pretreatment dengan menggunakan larutan NaOH.

## METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  dilakukan  dalam  4  tahapan yakni: 1) Pretreatment alkali dilakukan menggunakan  refluks  dengan  limbah  batang pisang  sebanyak  30  gr  serbuk  dimasak  dengan menggunakan  pelarut  NaOH  1%,  rasio  bahan baku dan pelarut 1:10 dengan variasi suhu 60, 70, 80°C  dan  variasi  waktu  pemasakan  60,  90,  120 menit.    Kemudian  campuran  dipisahkan  dari pelarut,  disaring,  dicuci  dengan  aquades  sampai pH  netral,  dan  dikeringkan  menggunakan  oven pada suhu 100°C.
2)  Tahap  delignifikasi  menggunakan  Na 2 SO 3 20%,  dengan  rasio  berat  bahan  dan  volume larutan  1:10  selama  2  jam  pada  suhu  105°C. Kemudian  selulosa  yang  didapatkan  dipisahkan dari  pelarut  basa  dan  dicuci  dengan aquadest hingga  bersih.  Setelah  pencucian,  selulosa  basah selanjutnya dikeringkan  pada suhu 100°C.
3)  Tahapan bleaching atau  pemutihan menggunakan H 2 O 2 2% dengan rasio berat bahan dan  volume  larutan 1:15  selama 2  jam pada suhu 60ºC.  Kemudian  selulosa  yang  didapatkan dipisahkan  dari  pelarut  peroksida  dan  dicuci dengan aquadest hingga bersih. Setelah pencucian, selulosa basah selanjutnya dikeringkan pada suhu 100°C.
4)  Tahap  analisis  untuk  mengetahui  kadar lignoselulosa  dilakukan  dengan  metode  Cheson- Datta. Uji FTIR dilakukan pada rentang 500-4000 cm -1 untuk mengetahui komposisi gugus penyusun  serat  selulosa  yang  diteliti.  Uji  SEM dilakukan untuk melihat struktur permukaan serat selulosa yang diteliti.
Analisis lignoselulosa dengan metode Cheson- Datta (Lismeri dkk, 2016), dilakukan dengan cara sebanyak  1  gram  bahan  kering  (a)  dimasukkan dalam  gelas  beaker  dan  ditambah aquadest 150 ml.  Dipanaskan  selama  1  jam  pada hotplate dengan  suhu  100°C.  Saring  dan  cuci  dengan aquadest sampai volume filtrat 300 ml, kemudian residu  dikeringkan  pada  oven  bersuhu  105°C hingga  beratnya  konstan  (b).  Residu  kemudian
dimasukkan  ke  dalam  erlenmeyer  kemudian ditambah 150 ml H 2 SO 4 1N lalu dipanaskan pada hotplate dengan suhu 100°C selama 1 jam. Saring dan  cuci  residu  dengan aquadest sampai  volume filtrat  300  ml.  Residu  dikeringkan  hingga beratnya  konstan  dan  ditimbang  (c).  Residu kemudian  dimasukkan  lagi  ke  dalam  erlenmeyer dan  ditambahkan  10%  H 2 SO 4 72%.  Direndam selama  4  jam  pada  suhu  kamar  kemudian ditambahkan 150 ml H 2 SO 4 1N (untuk pengenceran)  lalu  dipanaskan  pada hotplate dengan suhu 100°C selama 1 jam. Saring dan cuci residu dengan aquadest hingga volume filtrat 400 ml.  Residu  dikeringkan  hingga  beratnya  konstan dan  ditimbang  (d).  Residu  kemudian  diabukan selama  6  jam  (600°C),  kemudian  berat  abu ditimbang (e).
Hot Soluble Water (%) = 𝑎−𝑏 𝑎 x 100%
Hemiselulosa (%)
= 𝑏−𝑐 𝑎 x 100%
Selulosa (%)
= 𝑐−𝑑 𝑎 x 100%
Lignin (%)
= 𝑑−𝑒 𝑎 x 100% Abu (%) = 𝑒 𝑎 x 100%

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari  hasil  penelitian  yang  telah  dilakukan mengenai  isolasi  selulosa  limbah  batang  pisang dengan pretreatment alkali didapatkan hasil kadar lignoselulosa sebagai berikut.
Tabel  1. Kadar  Lignoselulosa  Limbah  Batang
Pisang Setelah Pretreatment Suhu (°C) Waktu (Menit) Selulosa Hemi selulosa Lignin % % % 60 60 45,36 45,56 48,67 35,51 37,68 34,37 8,86 6,53 7,49 90 120 70 60 50,69 46,38 46,60 35,93 36,70 38,29 2,72 9,33 9,24 90 120 80 60 51,64 48,22 49,87 34,37 33,64 34,21 6,86 9,49 9,10 90 120
Tabel  2. Kadar  Lignoselulosa    Bahan  Baku Limbah  Batang  Pisang,  Setelah Pretreatment , Setelah Delignifikasi, dan Setelah Bleaching Tahapan Selulosa Hemi selulosa Lignin % % % Bahan Baku 27,04 25,78 5,79 Pretreatment 51,64 34,37 6,86 Delignifikasi 55,59 30,56 6,85 Bleaching 64,11 30,06 1,00
Berdasarkan  data  pada  tabel  1,  proses pretreatment yang  menghasilkan  selulosa  dengan kadar  tertinggi  yaitu  51,64%  didapat  pada variabel suhu tertinggi yaitu pada parameter suhu 80°C.  Kenaikan  kadar  serta  berat  selulosa  yang didapat  seiring  dengan  kenaikan  suhu  yang dipakai  menandakan  pengaruh  suhu  pada  proses pretreatment .  Suhu  yang  semakin  tinggi  akan memberikan  energi  yang  lebih  besar  pada  reaksi sehingga  reaksi  pemutusan  ikatan  pada  rantai lignin  dan  hemiselulosa  berjalan  lebih  baik sehingga lebih banyak ikatan selulosa yang dapat terbebas.  Asror  dan  Emilia  (2017)  yang  meneliti kandungan  selulosa  dari  jerami  padi  dengan pretreatment NaOH  menyatakan  bahwa  terjadi kenaikan kandungan selulosa yang didapat seiring dengan naiknya suhu NaOH dikarenakan semakin banyaknya  hemiselulosa  dan  lignin  yang  terlarut sehingga  perbandingan  kadar  selulosa  dengan hemiselulosa dan lignin dalam padatan mengalami kenaikan.
Data  tabel  1  juga  menunjukkan  bahwa  waktu pemasakan  terbaik  yaitu  selama  60  menit  pada suhu 80°C. Pengaruh waktu  menunjukkan  bahwa semakin lama waktu dapat mengurangi kadar dan berat  selulosa  yang  didapat.  Waktu pretreatment yang  lama  dapat  meningkatkan  kadar  selulosa yang  didapat  karena  semakin  banyak  rantai hemiselulosa  dan  lignin  yang  terputus  namun waktu  yang  terlalu  lama  dapat  menyebabkan monomer-monomer  yang  terputus  dapat  bereaksi dengan  polimer  yang  ada  sehingga  menghasilkan lignin  baru  (Surest  dan  Satriawan,  2010).  Selain itu  waktu  yang  terlalu  lama  akan  mengurangi kadar  selulosa  yang  didapat  karena  sebagian ikatan  selulosa  yang  diperoleh  dapat terdegradasi oleh NaOH (Han et. al. , 2017).
Dari  tabel  2,  dapat  terlihat  perubahan komposisi  lignoselulosa  pada  limbah  batang pisang  setelah  delignifikasi  dan bleaching .  Dapat terlihat  bahwa  untuk  hasil  delignifikasi  terdapat
kenaikan pada kadar selulosa dan penurunan pada kadar  hemiselulosa  dan  lignin,  namun  penurunan yang  terjadi  pada  lignin  sangat  kecil  sehingga dianggap  kurang  signifikan.  Penurunan  berat hemiselulosa  dapat  terjadi  karena  pada  proses delignifikasi  ini  lignin  mengalami  pelunakan sehingga  sebagian  hemiselulosa  yang  semula terikat  oleh  lignin  menjadi  terbebas  dan  dapat direduksi ikatannya oleh larutan Na 2 SO 3 . Sedangkan  lignin  karena  hanya  melunak  maka hanya  sebagian  kecil  saja  yang  tereduksi  oleh Na 2 SO 3 .  Kecilnya  penurunan  pada  lignin  dapat disebabkan oleh suhu delignifikasi yang digunakan  kurang  tinggi  karena  perubahan struktur  ikatan  pada  lignin  akan  semakin  mudah terjadi pada kondisi  suhu  yang tinggi (Laurentius dkk, 2013).
Kemudian  dapat  terlihat  pada  hasil bleaching terdapat  kenaikan  pada  kadar  selulosa,  serta penurunan  pada  kadar  lignin  dan  hemiselulosa. Penurunan  pada  kadar  lignin  disebabkan  oleh reaksi  dari  hidrogen  peroksida  yang  digunakan terhadap  ikatan  lignin  yang  ada  dimana  hidrogen peroksida  memutus  rantai-rantai  lignin  menjadi pendek, sehingga lignin dapat larut saat pencucian dalam air (Fengel dan Wegener, 1995). Selain itu hidrogen  peroksida  dapat  memutus  ikatan memutus  ikatan  Cα-Cβ  pada  molekul  lignin  dan mampu  membuka  cincin  lignin  (Jayanudin  dkk, 2010).  Penurunan  kadar  hemiselulosa  yang  kecil pada bleaching dapat  disebabkan  oleh  waktu pemasakan  yang  kurang  lama,  namun  waktu pemasakan  yang  terlalu  lama  selain  dapat memutus rantai hemiselulosa dapat juga memutus rantai  selulosa  sehingga  menurunkan  kadar selulosa yang didapat (Riama dkk, 2012).
Uji  FTIR  yang  dilakukan  memberikan  hasil sebagai berikut.
Gambar 1. Grafik Spektrum FTIR Limbah Batang Pisang, Pretreatment , Bleaching
Dari  Gambar  1.  terlihat  bahwa  puncak  intensitas gelombang  pada  3200-3600  cm -1 menunjukkan gugus  O-H alcohol  stretch yang  melambangkan ikatan  pada  selulosa.  Terlihat  peningkatan
intensitas  serapan  yang  sesuai  dengan  kenaikan kadar  selulosa  yang  didapat  dari  penelitian  yang telah  dilakukan.  Kemudian  puncak  dengan intensitas  gelombang  1410-1462  cm -1 yang menunjukkan kehadiran gugus CH 2 yang melambangkan  ikatan  selulosa-lignin  dan  puncak dengan  intensitas  gelombang  1180-1360  cm -1
yang melambangkan ikatan selulosa- hemiselulosa. Terlihat penurunan intensitas serapan  yang  menandakan  berkurangnya  kadar lignin  dan  hemiselulosa  pada  limbah  batang pisang  setelah pretreatment ,  delignifikasi,  dan bleaching sesuai  dengan  data  yang  didapat.
Penurunan  pada  ikatan  lignin  dan  ikatan hemiselulosa  menandakan  bahwa  tujuan  dari proses pretreatment dan bleaching yaitu  untuk mereduksi ikatan lignin telah tercapai.
Uji SEM yang dilakukan memberikan hasil sebagai berikut.
(a)
(b) (c)
Gambar 2. Hasil Analisis SEM (a) Limbah Batang Pisang, (b) Pretreatment , (c) Bleaching
Hasil  analisis  SEM  pada  gambar  2  (a) menunjukkan  bahwa  limbah  batang  pisang memiliki jaringan lignoselulosa kompleks dengan struktur  permukaan  yang  kasar,  matriks  yang tidak beraturan, serta terdapat silika pada struktur permukaan. Pada gambar 2 (b) yang menunjukkan hasil  setelah pretreatment dapat  dilihat  bahwa struktur  yang  kasar  dan  tidak  beraturan  telah berubah  serta  terdapat  perubahan  kerapatan  pada struktur  permukaan  serat  batang  pisang.  Hal  ini disebabkan oleh tereduksinya ikatan hemiselulosa dan  lignin  serta  berkurangnya  silika  yang  ada pada  permukaan  batang  pisang  oleh  larutan NaOH  pada  proses pretreatment sehingga menyebabkan  struktur  permukaan  yang  lebih teratur.  Kemudian  pada  gambar  2  (c)  yang menunjukkan  hasil  setelah  delignifikasi  dan
bleaching dapat dilihat bahwa struktur permukaan terlihat  semakin  bersih,  serat  menjadi  lebih  jelas terlihat,  serta  renggangan  yang  ada  pada  serat semakin  jelas.  Renggangan  pada  serat  dan permukaan  yang  bersih  menandakan  hilangnya silika dan komponen lignin yang disebabkan oleh reaksi  dari  larutan  Na 2 SO 3 yang  digunakan  pada tahap  delignifikasi  dan  larutan  H 2 O 2 yang digunakan  pada  tahap bleaching terhadap komponen tersebut.

## KESIMPULAN
Dari penelitian yang telah dilakukan kesimpulan  yang  didapat  adalah  kadar  selulosa tertinggi  yang  didapat  yaitu  sebesar  51,64%  dan didapat  pada  variabel  suhu pretreatment 80°C selama 60 menit. Berdasarkan hasil analisis FTIR dan  SEM  yang  dilakukan,  limbah  batang  pisang yang  telah  diberi  perlakukan pretreatment alkali memperlihatkan  keberadaan  gugus  fungsi  utama penyusun  selulosa  serta  struktur  permukaan  serat selulosa.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terimakasih  ditujukan  kepada  semua pihak  yang  telah  membantu  dalam  pelaksanaan penelitian, penulisan dan penerbitan jurnal ini

## DAFTAR PUSTAKA
Asror,  K.,  Emilia,  A.  R.  (2017).  Pengaruh  Suhu dan Konsentrasi NaOH Pada Proses
Hydrothermal Jerami Padi Untuk Bahan Baku Biogas.  Skripsi.  Institut  Teknologi  Sepuluh November.
Fengel,  D.,  Wegener,  G.  (1995).  Kayu,  Kimia, Ultrastruktur, Reaksi-reaksi. Yogyakarta:
Gadjah Mada University Press .
Han,  L.,  Feng,  J.,  Zhang,  S.,  Ma,  Z.,  Yonghong
W.  and  Xing  Z.  (2012). Alkali  Pretreated  of Wheat  Straw  and  Its  Enzymatic  Hydrolysis . Brazilian Journal of Microbiology, 43 (1), 53- 61.
Jayanudin,  Hartono,  R.,  Jamil,  N.H.  (2010). Pengaruh  Konsentrasi  dan  Waktu  Pemutihan Serat  Daun  Nanas  Menggunakan  Hidrogen Peroksida.  Seminar  Rekayasa  Kimia  dan Proses  2010.  Semarang,  Indonesia:  Jurusan
Teknik Kimia, Universitas Diponegoro. Laurentius,  U.  W.,  Sumada,  K.,  Caecilia  P.  Dan Novel  K.  (2013).  Pemisahan  Alpha-Selulosa dari  Limbah  Batang  Ubi  Kayu  Menggunakan Larutan  Natrium  Hidroksida.  Jurnal  Teknik Kimia, 7(2), 43-47.
Lismeri,  L.,  Zari,  P.M.,  dan  Novarani,  T.  (2016) Sintesis  Selulosa  Asetat  Dari  Limbah  Batang Ubi  Kayu. Jurnal  Rekayasa  Kimia  dan Lingkungan . 11(2), 82-91
Riama,  G.,  Veranika,  A.,  Prasetyowati.  (2012). Pengaruh  H 2 O 2 ,  Konsentrasi  NaOH  dan Waktu  Terhadap  Derajat  Putih  Pulp  dari Mahkota  Nanas.  Jurnal  Teknik  Kimia,  18(3), 25-34.
Sumada,  K.,  Tamara,  P.  E.,  Alqani,  F.  (2011). Isolation  Study  of  Efficient  α-Cellulose  from Waste  Plant  Stem  Manihot  esculenta  crantz. Jurnal Teknik Kimia, 5(2), 434-438.
Sun,Y., Cheng, J. (2002). Hidrolysis of Lignocellulose Material for EthanolProduction:  a  review. Bioresource
Technology, 83, 1-11.
Surest,  A.H,  Satriawan,  D.  (2010).  Pembuatan Pulp dari Batang Rosella dengan Proses Soda.
Jurnal Teknik Kimia, 17 (3), 1-7.
Venkateshwaran,  N.,  Elayaperumal,  A.  (2010).
Banana Fiber Reinforced Polymer Composites-A  Review . Journal  of  Reinforced Plastics and Composites, 29, 2387-2396.