HIDROLISIS SELULOSA DARI SEKAM PADI ( Oryza sativa ) MENJADI GLUKOSA

## DENGAN KATALIS ARANG TERSULFONASI
[Cellulose Hydrolysis from Rice Husk ( Oryza sativa ) Into Glucosa With Sulfonated Charcoal Catalyst]
Adeks Pramana 1* , Abd. Rahman Razak 1 , Prismawiryanti 1
1) Jurusan Kimia Fakultas MIPA, Universitas Tadulako Jl. Soekarno Hatta Km.9, Kampus Bumi Tadulako Tondo Palu, Telp. 0451- 422611
Diterima 20 Mei 2016, Disetujui 8 Agustus 2016

## ABSTRACT
Cellulose hydrolysis from rice husk ( Oryza sativa ) into glucose with sulfonated charcoal catalyst was conducted. The aim of this research was to determine sulfuric acid concentration and contact time on the  sulfonation  process  of  charcoal  which  would  produce  the  highest  glucose  rendement  from cellulose hydrolysis of rice husk. Sulfuric acid concentrations in this experiment were 8, 10, and 12 N with variation of contact time of 4, 6, 8, 10 and 12 hours respectively.  Rice husk was delignified with NaOH  10%  to  produce  cellulose  which  was  hydrolyzed  by  sulfonated  charcoal  catalyst.  Hydrolysis reaction with the ratio cellulose/aquadest 1:25 (w/v) was conducted in autoclave with temperature 130 o C for 3 hours. The result showed that 8 N concentration of sulfuric acid and 12 hours of contact time produced the highest glucose rendement 17,9%.
Keywords : rice husks, cellulose, glucose, sulfonated charcoal.

## ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang hidrolisis selulosa dari sekam padi ( Oryza sativa) menjadi glukosa dengan  katalis  arang    tersulfonasi.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menentukan  konsentrasi  asam sulfonat  dan  waktu  kontak  dalam  proses  sulfonasi  arang  yang  menghasilkan  rendemen  glukosa tertinggi hasil hidrolisis selulosa dari sekam padi. Konsentrasi asam sulfonat yang digunakan adalah 8,  10  dan  12N,  dengan  variasi  waktu  kontak  4,  6,  8,  10  dan  12  jam.  Penelitian  ini  diawali  dengan proses  delignifikasi  sekam  padi  menggunakan  larutan  NaOH  10  %,  selanjutnya  selulosa  yang diperoleh  di  hidrolisis    menggunakan  katalis  arang  tersulfonasi.  Reaksi  hidrolisis  dengan perbandingan selulosa/aquades 1:25 (w/v) dilakukan dalam autoklaf pada suhu 130 o C selama 3 jam. Hasil  penelitian  menunjukan  konsentrasi  asam  sulfonat  dan  waktu  kontak  yang  menghasilkan rendemen glukosa tertinggi adalah 8N dan 12 jam dengan rendemen glukosa sebesar 17,9%.
Kata kunci : sekam padi, selulosa, glukosa, arang tersulfonasi.

## LATAR BELAKANG
Indonesia merupakan penghasil biomassa  yang  cukup  melimpah,  baik yang berasal dari limbah pertanian, limbah perkebunan,  limbah  industri  maupun limbah  rumah  tangga,  contohnya  tandan kosong sawit, tongkol jagung, bagas tebu, bagas  sorgum  manis,  dan  sekam  padi (Oktaveni,  2011).  Sekam  padi  adalah salah satu sumber biomassa yang sangat potensial,  dimana  pemanfaatannya  masih sangat  terbatas,  yakni  sebagai  bahan pakan  ternak,  media  pertumbuhan  jamur merang  dan  pupuk  kompos.  Sekam  padi mempunyai kandungan lignoselulosa yang tinggi,  yakni  terdiri  atas  selulosa  (31,4  - 36,3 %), hemiselulosa (2,9 – 11,8 %), dan lignin  (9,5 – 18,4 %). Limbah sekam padi dapat  dimanfaatkan  sebagai  sumber selulosa untuk produksi glukosa (Champagne dan Elaine, 2004).
Glukosa dapat diproduksi dari selulosa  melalui  proses  hidrolisis  yakni pemecahan suatu molekul karena pengikatan  air,  menghasilkan  molekul- molekul  yang  lebih  kecil.  Hidrolisis  bisa dilakukan  secara  kimiawi.  Faktor-faktor yang  mempengaruhi  hidrolisis  secara kimia adalah konsentrasi asam, suhu  dan lama  hidrolisis.  Pada  kondisi  normal, reaksi  yang  terjadi  antara  air  dengan komponen organik sangat lambat sehingga diperlukan adanya penambahan katalis  homogen  dan  katalis  heterogen (Amelia dkk. , 2013).
Katalis homogen seperti larutan asam pada  proses  hidrolisis    yang  dilakukan
Hamerlick  dkk.,  (2005)  menghasilkan kadar  glukosa  yang  tinggi  sekitar  90%, akan tetapi dari hasil penelitian lebih lanjut yang dilakukan oleh Grethlein (1984) pada hidrolisis  dengan  menggunakan  asam pada  konsentrasi  tinggi,  glukosa  yang dihasilkan terdegradasi menjadi senyawa- senyawa  furfural.  Untuk  itu,  diperlukan katalis  yang  tidak  mendegradasi  glukosa. Penggunaan  katalis  heterogen  seperti arang aktif tersulfonasi merupakan alternatif  untuk  menghindari  terjadinya degradasi glukosa sebagaimana dilaporkan oleh Anggraeni (2013). Jumlah katalis  arang  aktif  tersulfonasi  sangat berpengaruh signifikan terhadap perubahan reaksi selulosa menjadi glukosa  (Anggoro  dkk. , 2013),  tetapi dalam  proses  hidrolisis  terjadi  hambatan oleh  adanya  lignin  dan  kristalin  yang berfungsi  sebagai  pelindung  selulosa (Judoamidjojo dkk. , 1989).

## METODE PENELITIAN Bahan dan Peralatan
Peralatan  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  terdiri  dari,  magnetik  stirer, oven,  ayakan 60 mesh,  lumpang  dan  alu, autoclave, tanur, UV-VIS HITACHI U-2810 model : 122-000, FTIR shimadzu IRPrestige 21, ultra mill centrifugal, kertas saring  Whatman  No.41,  kertas  pH,  kapas dan peralatan gelas yang umum digunakan dalam laboratorium.
Bahan  dasar  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  adalah  sekam  padi,  arang
aktif,  H 2 SO 4 8  ;  10  ;  12  N,  NaOH  10%, dinitrosalisilat (DNS) dan akuadest.

## Prosedur Penelitian
Pembuatan Katalis Arang Tersulfonasi (Anggraeni, 2013)
Ke dalam erlenmeyer 250 mL dimasukan 10 g arang, ditambahkan asam sulfonat  (8,  10,  dan  12N).    Kemudian dilakukan  pengadukan  selama  (4,  6,    10 dan 12 jam) pada suhu 45 o C.

## Delignifikasi Sekam Padi (Pertiwi, 2013)
Serbuk  sekam  padi  diambil  sebanyak 10  g  di  aduk  dalam  larutan  NaOH  10  %  , larutan yang ditambahkan memiliki perbandingan volume dengan H 2 O sebesar  1:25  (b/v).  Selanjutnya  larutan dipanaskan  pada  suhu  55 0 C  selama  90 menit.  Residu  diambil  dengan  cara disaring  menggunakan  kertas  saring  dan dinetralkan melalui pembilasan menggunakan akuades.
Proses  Hidrolisis  Hidrolisis  Selulosa Sekam Padi (Pertiwi, 2013).
Ke dalam erlenmeyer 250 mL dimasukan 0,8 g selulosa hasil delignifikasi, kemudian ditambahkan masing-masing  dengan  1,2  g  arang tersulfonasi  dan  dilakukan  penambahan akuades dengan perbandingan 1:25 (b/v). Campuran  dimasukan  kedalam  autoklaf pada suhu 130 o C selama 3 jam, dilakukan penyaringan.  Filtrat  kemudian  dinetralkan menggunakan NaOH 10%. Kadar glukosa ditentukan dalam filtrat ditentukan dengan metode DNS.

## Penentuan  Kadar  Glukosa  dengan Metode DNS
Sebanyak  1  mL  filtrat  hasil  hidrolisis dimasukkan  ke  dalam  tabung  reaksi  dan ditambahkan dengan 3 mL pereaksi DNS, selanjutnya  dipanaskan  pada  penangas air  mendidih  selama  5  menit  kemudian didinginkan  pada  suhu  ruang,  dilanjutkan dengan  proses  pengenceran  bila  larutan yang  didapatkan  sangat  pekat.  Larutan dipindahkan  kedalam  kuvet,  absorbansi diukur pada panjang gelombang maksimum  550  nm,  selanjutnya  bila larutan didapatkan sangat pekat dilanjutkan  dengan  proses  pengenceran. Kadar gula ditentukan dengan menggunakan persamaan regresi absorbansi larutan standar.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Arang Tersulfonasi
Tahap  sulfonasi  arang  diitujukan untuk  memperluas  ukuran  permukaan sehinggan  nantinya  setelah  dicampurkan kedalam larutan H 2 SO 4 dengan waktu dan suhu  yang  telah  ditetapkan  dimungkinkan akan  di  dapatkan  struktur  morfologi  yang lebih  terbuka  yang  nantinya  reaktan (selulosa)  masuk  ke  permukaan  katalis sehingga  diharapkan  bisa  berinteraksi dengan gugus H + yang terikat dipermukaan.(Amelia dkk., 2013).
Spektrum  spektum  FTIR  arang  hasil sulfonasi disajikan pada Gambar 1.

## Gambar 1. Spektrum FTIR arang tersulfonasi
Terlihat perbedaan pita  serapan yang kuat  pada  bilangan  gelombang  1288,45 cm -1. dan  pita  serapan  yang  lemah  pada kisaran  bilangan  gelombang  1750  cm -1 .
Hal  ini  senada  dengan  hasil  penelitian Rispadi (2010), pita serapan pada bilangan  gelombang  1750  cm -1 dan bilangan  gelombang  kisaran  1250  cm -1
tersebut  menunjukkan  keberadaan  gugus sulfonat.  Hal  ini  menujukkan  bahwa sampel arang setelah sulfonasi mengandung  gugus  sulfonat  sebagai bagian aktif ( active site ) dari katalis karbon
aktif . Menurut  hasil  penelitian  yang dilakukan oleh Amelia dkk., (2013) ukuran pori  serbuk  arang  tempurung  kelapa sebelum  dan  sesudah  sulfonasi  sangat jauh  berbeda,  dimana  sebelum  proses sulfonasi  ukuran  pori  terlihat  ukuran rongga kecil dan rapat, sedangkan setelah sulfonasi  ukuran  pori  menjadi  lebih  besar dan  terbuka.  Mochida  dkk.,  (2006)  luas permukaan  katalis  ini  diharapkan  dapat berperan  dalam  interaksi  pusat  aktif dengan selulosa pada permukaan katalis.
Glukosa Hasil Hidrolisis Berbagai Konsentrasi H 2 SO 4 Kadar glukosa hasil hidrolisis ditentukan  oleh  metode  DNS  dengan  alat
epektrofotometri  UV-VIS  pada  panjang gelombang 550 nm. Banyaknya DNS yang tereduksi  sebanding  dengan  absorbansi. Hal  ini  terlihat  pada  kurva  hubungan antara  konsentrasi  H 2 SO 4 (N)  terhadap konsentrasi glukosa yang dihasilkan (ppm), yang disajikan pada gambar 2.
Gambar 2. Grafik hubungan
antara Konsentrasi  H 2 SO 4 (N)  terhadap konsentrasi Glukosa (ppm).
Pada  proses  hidrolisis  dengan  katalis H 2 SO 4 8 N didapatkan rata-rata konsentrasi  glukosa  yang  tinggi  berkisar 8205  ppm, sedangkan  untuk  konsentrasi asam  10  N  diperoleh  konsentrasi  glukosa yang lebih rendah pada waktu kontak 4, 6,
8,  10  dan  12  jam,  akan  tetapi  pada  pada waktu 4 jam dengan konsentrasi asam 8N diperoleh  konsentrasi  glukosa  yang  lebih tinggi. Pada konsentrasi H 2 SO 4 12N kadar glukosa  yang  diperoleh  lebih  rendah dibandingkan  dengan  konsentrasi  H 2 SO 4 8N  dan  10N  untuk  semua  perlakuan kecuali  pada  waktu  kontak  4  jam.  Hal  ini dikarnakan  jika  reaksi  atau  kontak  arang asam  sulfonat  yang  memiliki  normalitas
500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2500 3000 3500 4000 4500 1/cm 40 50 60 70 80 90 100 %T 1 5 8 1 .6 3 1 2 8 8 .4 5 1 1 8 6 .2 2 1 0 6 8 .5 6 1 0 0 8 .7 7 8 8 3 .4 0 8 5 0 .6 1 5 8 2 .5 0 4 5 3 .2 7 snc 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 8 10 12 K o n sen tr asi Gl u ko sa (p p m) Konsentrasi H 2 SO 4 (N) 4 jam 6 jam 8 jam 10 jam 12 jam
yang  terlalu  tinggi  terhadap  permukaan katalis akan menyebabkan pori-pori katalis tertutup  oleh  sulfonat,  sehingga  menutup rongga  pada  arang  tersebut  (Amelia  dkk., 2013).

## Glukosa Hasil Hidrolisis Berbagai

## Waktu Kontak
Grafik hubungan antara waktu kontak terhadap  konsentrasi  glukosa  disajikan pada gambar 3.
Gambar 3. Grafik  hubungan  antara  waktu kontak (Jam) terhadap konsentrasi Glukosa (ppm).
Grafik  d  iatas  menunjukkan  pada waktu  kontak  4  sampai  12  jam  dengan konsentras  sulfat  8  dan  10  N  terjadi kenaikan  konsentrasi  glukosa,  namun pada  waktu  kontak  4  sampai  12  jam dengan  konsentras  asam  sulfat  12  N mengalami penurunan konsentrasi glukosa.  Waktu  kontak  merupakan  salah satu  variabel  yang  mempengaruhi  proses penyerapan  yang  merupakan  lamanya kontak antara karbon dengan asam sulfat.
Pada  suatu  proses  adsorbsi  proses  akan terus berlangsung selama belum terjadinya suatu kesetimbangan. Dari data diatas  terlihat  bahwa  pengaruh  waktu
berbanding  lurus  terhadap  konsentrasi glukosa  yang  dihasilkan.  Semakin  lama waktu  sulfonasi  maka  semakin  banyak sulfonat  yang  terikat  dipermukaan,  akan tetapi  pada  perendaman  arang  dengan konsentrasi  asam  sulfat  12  N  diperoleh konsentrasi  glukosa  yang  lebih  rendah dari  pada  konsentras  asam  sulfat  8N  dan 10N.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang diperoleh,  disimpulkan  bahwa  konsentrasi H 2 SO 4 pada  proses  sulfonasi  arang  yang menghasilkan konsentrasi glukosa tertinggi  sebesar  8545  ppm  adalah  8  N. Waktu kontak terbaik pada proses perendaman  arang  dengan    konsentrasi H 2 SO 4 yang  berbeda  yang  menghasilkan konsentrasi  glukosa  tertinggi  sebesar 8805 ppm yaitu selama 12 jam. Konsentrasi  H 2 SO 4 dengan  waktu  kontak yang  menghasilkan  rendemen  glukosa terbaik yakni pada konsentrasi H 2 SO 4 8 N dan  waktu  kontak  12  jam  dengan rendemen glukosa sebesar 17,95%.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Secara
khusus peneliti menyampaikan ucapan terima kasih kepada  sodara  Syarifudin,  S.Si.,  Laboran Jurusan Kimia, dan Himpunan Mahasiswa Kimia (HIMAKIM) FMIPA UNTAD.

## DAFTAR PUSTAKA
Amelia R., Harlanto Padapotan, Purwanto.  2013.  Pembuatan  dan Karekterisasi Katalis Karbon
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 4 6 8 10 12 K o n sen tr asi Gl u ko sa (p p m) Waktu Kontak (Jam) 8 N 10 N
12 N
Tersulfonasi Sebagai Katalis Ramah  Lingkungan  Pada  Proses Hidrolisis Biomassa. Jurnal Teknologi  Kimia    dan  industri . 2(4):146-156. Anggraeni P, Zaqiyah Addarojah, Anggoro D.D. 2013. Hidrolisis Selulosa Enceng Gondok ( Eichhornia crassipe ) Menjadi
glukosa  dengan  Katalis  Arang  Aktif tersulfonasi . Jurnal Teknologi Kimia dan industri . 2(3):63-69.
Anggoro  D.D.  2013.  Hidrolisis  Selulosa
Menjadi  Glukosa  Dengan  Katalis Heterogen Arang Aktif Tersulfonasi.
Jurnal Teknologi Kimia  dan industri
2(4):34-36.
Casey  P.J.  1980. Pulp  and  Paper, Chemistry and Chemical Technology  Vol.  1  :  Pulping  and Paper Making. New York The Wiley
Intersince Publisher Inc.
Champagne,  Elaine  T.  2004. Rice  : Chemistry and Technology. Minnesota, USA: American Association  of  Cereal  Chemist  Inc. St. Paul,
Grethlein  H.  E.  1984.  Pretreatment  for Enhanced  Hydrolysic  of  cellulosic Biomass. Biotechnology  Advanced. 2(1): 43-62 .
Hamerlick  GW.  Mj.,  Hooijdonk  G,  Faaij APC. 2005.  Prospects for methanol from lignocellulose biomass:
techno-economic  performance  as development progres. Scientifi report-  NWS-E-2003-55 .  Utrecht University, Utrectht, The Netherlands: Departement of science,  Technology  and  Society:
2003. 35pp.
Judoamidjojo,  R.M.,  E.G  Said  dan  L. Hartoto.  1989.  Biokonversi.  Bogor: PAU Bioteknologi IPB.
Mochida  Isao,  Ho  Yoon  Seong,  dan  Qiao Wenming. 2006. Catalysts in Syntheses  and  Carbon  Precusors,
J.  Brazz .  Chem.  Soc.  17(6):  1059- 1073.
Oktaveni.  2011. Ligin  Terlarut  Asam  dan Delignifikasi  pada  Tahap  Awal
Proses  Pulping  Alkali .  [Skripsi].
Bogor: Fakultas Kehutanan IPB. Rispadi. 2010. Preparasi dan Karakterisasi Katalis Heterogen
Arang  Aktif  Tersulfonasi  Untuk Proses  Hidrolisis  Selulosa  Menjadi
Glukosa. Jurnal  Fluida .  8(1):146- 156 Pertiwi    R,  2013. Konversi  glukosa  hasil hidrolisis limbah sekam padi menjadi asam levulinat menggunakan  katalis  Mn/ZSM-5
mesopori. [Skripsi].  Depok:    FMIPA UI.