Fraksinasi Sabut Kelapa dengan Prapengolahan Hidrotermal dan Deep Eutectic Solvent untuk Produksi Gula dan Lignin

Wijaya, Candra (2026) Fraksinasi Sabut Kelapa dengan Prapengolahan Hidrotermal dan Deep Eutectic Solvent untuk Produksi Gula dan Lignin. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 7008222008-Doctoral.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (5MB) | Request a copy

Abstract

Sabut kelapa, sebagai biomassa lignoselulosa yang melimpah di Indonesia, memiliki potensi besar untuk diolah menjadi bioenergi dan bahan kimia bernilai tinggi. Namun, pengolahan sabut kelapa menuntut prapengolahan yang efektif guna mengatasi ketahanan struktur lignoselulosa terhadap hidrolisis alami. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi dua pendekatan prapengolahan sabut kelapa: hidrotermal dengan deep eutectic solvent (DES) dan hidrotermal dengan katalis FeCl₃. Tujuan spesifik penelitian ini meliputi: (1) meningkatkan hasil gula pereduksi dari sabut kelapa melalui prapengolahan hidrotermal dengan atau tanpa katalis, (2) melakukan delignifikasi serta mengisolasi lignin secara efisien menggunakan DES yang ramah lingkungan, dan (3) menyelidiki sinergi antara kedua metode prapengolahan untuk mengoptimalkan pemanfaatan sabut kelapa sebagai bahan baku yang bernilai ekonomis. Pada prapengolahan hidrotermal tanpa katalis, temperatur dan waktu dioptimasi menggunakan RSM dan diperoleh konsentrasi gula dalam bentuk total reducing sugar (TRS) tertinggi sebesar 4,8 g/L yang mengandung glukosa sebesar 0.223 g/L dan xilosa sebesar 0,998 g/L pada temperatur 210,7C dan 77,9 min. Hasil ini disertai dengan terbentuknya produk samping yang terkontrol (dibawah 0.8 g/L), yaitu 0,464 g/L dan 0,634 g/L. Kinerja dari prapengolahan ini dapat ditingkatkan dengan menggunakan katalis asam Lewis FeCl3 yang berhasil meningkatkan perolehan gula sebesar 7,36 g/L yang terdiri atas 5,49 g/L xilosa, 1, 1 g/L dan gula hemiselulosa lainnya pada variabel operasi 150C, 30 menit, dan 60 mM FeCl3. Gula tersebut juga disertai dengan pembentukan inhibitor sebesar 0,92 g/L furfural dan 0,29 g/L 5-HMF. Hal ini menunjukkan efektivitas penggunaan katalis yang mampu menambah perolehan monomer hingga 5-11 kali. Efek dari variabel prapengolahan hidrotermal-FeCl3 dapat dijelaskan pula menggunakan faktor keparahan termodifikasi mempersatukan variabel proses yang disebut combined hydrolysis factor (CHF) dimana prediktabilitas diperoleh cukup baik dengan R2=0,98 untuk hidrolisis xilan. Secara menyeluruh hasil gula pereduksi berhasil ditingkatkan pada proses hidrotermal namun, sebelum digunakan lebih lanjut, tahap detoksifikasi disarankan untuk menurunkan inhibitor guna menghindari penurunan kinerja fermentasi biofuel. Delignifikasi menggunakan prapengolahan deep eutectic solvent (DES) kolin klorida (ChCl) selaku hydrogen bond acceptor (HBA) dan asam laktat selaku hydrogen bond donor (HBD) pada sabut kelapa mampu mencapai solubilisasi hemiselulosa 95%, delignifikasi hingga 72,5% dengan lignin yang terisolasi sebesar 67,5% pada suhu 140C dan 9 jam. Di saat yang sama, pelarutan selulosa terjaga cukup rendah dibandingkan dengan komponen lainnya (maksimal ~25%) membuat proses ini efektif untuk meningkatkan hidrolisis enzimatis dari biomassa sesudah prapengolahan. Delignifikasi dimampukan oleh ikatan eter lignin yang terputus akibat komponen asam pada DES dan efek penglarutan dari DES akibat ikatan hidrogen lignin dan pelarut. Efek ini berbanding lurus seiring dengan temperatur dan waktu yang meningkat seiring proses. Kinerja pada delignifikasi oleh DES memungkinkan untuk mengekstraksi lignin dari sabut kelapa guna pemanfaatan biochemical dan biofuel. Pada prapengoalahan gabungan hidrotermal-FeCl3 & DES menunjukkan sinergisme peningkatan penghilangan lignin dan hidrolisis enzimatis yang meningkat dibandingkan dengan prapengolahan 1 tahap. Penghilangan lignin mencapai ≈80%, hemiselulosa tetap tinggi, dan kandungan selulosa meningkat >80%. Hasil hidrolisis enzimatis mencapai 85–88%, jauh lebih tinggi dibanding sistem satu tahap. Mekanisme ini dikaitkan dengan pembukaan struktur makropori oleh HT–FeCl₃ dan solvolisis lignin oleh DES, yang meningkatkan luas permukaan efektif bagi enzim. Hal ini ditandai oleh temuan XRD, SEM, dan FTIR. Pendekatan bertingkat ini tidak hanya meningkatkan konversi gula pereduksi (baik pada hidrolisat hidrotermal dan proses enzymatic), tetapi juga menghasilkan lignin. Melalui analisa neraca massa, parameter terbaik diperoleh pada kondisi operasi hidrotermal-FeCl3 (150C, 30 menit, 60 mM FeCl3) dan dilanjutkan oleh prapengolahan DES (120C, 9 jam, ChCl:LA) diperoleh untuk tiap 100 gram sabut kelapa mentah, yaitu fraksi hemiselulosa dalam bentuk gula monomer sebesar 13,2 gram gula hemiselulosa dan 2,1 gram gula glukosa, fraksi selulosa dalam bentuk glukosa enzimatis sebesar 23,6 gram, dan lignin sebesar 26,1 gram sabut kelapa. Temuan ini mengungguli studi yang dilaporkan sebelumnya dalalm upaya prapengolahan dan fraksinasi sabut kelapa, menjadikannya strategi fraksinasi hijau yang efisien dan berkelanjutan untuk pemanfaatan sabut kelapa sebagai bahan baku biofuel dan bioproduk bernilai tambah.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Uncontrolled Keywords:	sabut kelapa, prapengolahan hidrotermal, FeCl₃, deep eutectic solvent, glukosa, xilosa, total reducing sugars, biomassa lignoselulosa
Subjects:	Q Science > QD Chemistry > QD320 Cellulose. Hydrolysis
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Chemical Engineering > 24001-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	Dr. Candra Wijaya
Date Deposited:	04 Feb 2026 01:45
Last Modified:	04 Feb 2026 01:45
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/131973

Actions (login required)

View Item