Produksi Gula Reduksi Dari Limbah Sabut Kelapa Menggunakan Enzim Terimobilisasi

Hamzah, Afan (2019) Produksi Gula Reduksi Dari Limbah Sabut Kelapa Menggunakan Enzim Terimobilisasi. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02211660010009-Doctoral.pdf Restricted to Repository staff only Download (3MB) | Request a copy

Abstract

Biomassa limbah sabut kelapa yang melimpah di Indonesia berpotensi dijadikan sebagai gula reduksi yang dapat diolah menjadi berbagai macam produk seperti biofuel (biohidrogen dan bioethanol), asam laktat, 5-hydroxymethylfurfural, dan levulinic acid. Konversi lignoselulosa menjadi gula reduksi secara enzimatik menguntungkan karena menghasilkan yield produk lebih besar, selektifitas lebih tinggi, membutuhkan lebih sedikit energi, kondisi operasi yang lebih moderat dan ramah lingkungan. Akan tetapi, sifat enzim yang bekerja spesifik, sulit dipisahkan dan harganya yang mahal menjadi hambatan.
==================================================================================================================================
Coconut husk waste has potential to be converted to reducing sugar which can be a raw material for various product such as biofuel, lactic acid, 5-hydroxymethil furfural and leluvinic acid. Enzymatic hydrolysis was chosen to convert lignocellulose to reducing sugar due to its high yield, high selectivity, lower energy and environmentally friendly. However, the characteristic of enzyme which is difficult to separate and its high price become obstacles.
The first strategy to overcome the obstacles was using cellulase and xylanase simultaneously. xylanase can degrade the xylan which is attached to the cellulose surface and block the access of cellulase to cellulose. The next strategy was enzyme immobilization. Immobilization is able to not only enhance stability of enzymes but also allows the biocatalyst to be reused. As for immobilization support, chitosan was selected because it is inexpensive, inert, hydrophilic, and biocompatible. Due to the insolubility of chitosan and lignocellulose substrate, the mass transfer problem was risen. The smaller particle of immobilized enzyme was prepared to minimize that drawback. This research aim was to study reducing sugar production from coconut husk substrate with enzymatic hydrolysis method using cellulase and xylanase immobilized on chitosan.
This study was divided on some stages. Firstly, the immobilization support, chitosan magnetic microparticle and nanoparticle were prepared. Cellulase from Aspergillus niger, cellulase from Trichoderma reesei and xylanase from Trichoderma longibrachiatum were immobilized to the support with covalent attachment method and cross-linking method with the aid of glutaral dialdehyde (GDA) as crosslinking agent. The immobilized enzymes were the applied as biocatalyst in hydrolysis process of coconut husk.
Chitosan magnetic microparticles and nanoparticle were successfully prepared. The size and morphology were determined by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Transmission Electron Microscopy (TEM). chitosan magnetic microparticles had <500µm in diameter sized while nanoparticle had ±20 mm diameter sized.
Cellulase and xylanase were covalently immobilized on the support. It was proven by Bradford protein analysis and Fourier Transform Infrared (FT-IR). 100% immobilization loading was reached when 6 mg and 4 mg free enzymes were added to chitosan magnetic microparticles and chitosan magnetic nanoparticles, respectively.
Utilization of cellulase from A niger, cellulase from T reesei and xylanase from T longibrachiatum simultaneously enhanced reducing sugar production significantly. The productivity was increased until ±100% than the individual enzyme. The largest reducing sugar yield was 4.439%. It resulted by combination of immobilized enzyme cellulase : xylanase (1:2) + GDA. The same combination also yielded most sugar, 2.397%, in chitosan magnetic microparticles application.
The immobilized enzyme on chitosan magnetic microparticles could maintain its activity after 5 cycles while nanoparticle could maintain its activity at 55% after 5 cycles.

Permasalahan tersebut dapat diatasi dengan mengkombinasikan enzim selulase dan xilanase. Kombinasi ini tidak hanya menambah produktifitas gula reduksi tetapi juga membuka akses selulase pada selulosa karena xilanase mendegradasi hemiselulosa yang menutupi selulosa. Strategi berikutnya adalah mengimobilisasi enzim pada material kitosan sehingga enzim dapat dipakai berulang kali. Kitosan dipilih karena murah, inert, hydrofilik, dan support yang biocompatible tetapi masalah hambatan transfer massa muncul karena kitosan dan sabut kelapa sama-sama insoluble. Penelitian ini bertujuan untuk melakukan kajian komprehensif tentang produksi gula reduksi dari sabut kelapa dengan metode hidrolisa enzimatis menggunakan enzim selulase dan xilanase yang diimobilisasi pada kitosan.
Penelitian ini terbagi atas beberapa tahap. Pertama adalah pembuatan material pendukung kitosan magnetik berukuran mikro dan nano. Tahap berikutnya adalah mengimobilisasi enzim selulase dari Trichoderma reseei, selulase dari Aspergillus niger dan xilanase dari Trichoderma longibrachiatum pada kitosan magnetik yang telah dibuat. Enzim-enzim tersebut diimobilisasi dengan metode ikatan kovalen secara langsung pada kitosan dan dengan metode cross-linking dibantu oleh glutaraldialdehyde. Enzim terimobilisasi tersebut kemudian digunakan sebagai biokatalis pada hidrolisa substrat sabut kelapa secara individu dan bersama.
Berdasasrkan hasil penelitian yang telah dilakukan, material pendukung kitosan magnetik mikropartikel dan kitosan magnetik nanopartikel berhasil dibuat dan dianalisa ukurannya menggunakan SEM dan TEM. Kitosan magnetik mikropartikel berukuran <500 µm sedangkan kitosan magnetik nanopartikel memiliki ukuran ±20 nm.
Enzim selulase dan xilanase berhasil terimobilisasi pada masing-masing material pendukung secara kovalen dan cross-linking dengan bantuan glutaraldealadehyde dibuktikan dengan analisa protein metode Bradford dan FT-IR. Jumlah enzim terimobilisasi mencapai 100% enzyme loading pada mikropartikel adalah dengan penambahan sebanyak 6 mg sedangkan untuk nanaoparticle sebanyak 4 mg.
Kombinasi enzim selulase dari T reesei dan A niger serta enzim xilanase dari T longibrachiatum terimobilisasi dapat meningkatkan produksi gula reduksi. Peningkatan produktifitas gula reduksi yang dihasilkan oleh kombinasi enzim terimobilisasi sebesar sekitar ±100% dibandingkan apabila enzim diaplikasikan secara individu. Yield gula reduksi tertinggi diperoleh sebesar 4.439% diperoleh oleh enzim terimobilisasi pada kitosan magnetik mikropartikel kombinasi selulase : xilanase (1:2) + GDA. Kombinasi yang sama juga menghasilkan yield tertinggi pada enzim yang terimobilisasi pada kitosan magnetik nanopartikel sebesar 2.397%.
Enzim terimobilisasi pada kitosan magnetik mikropartikel berhasil mempertahankan aktivitasnya setidaknya setelah lima cycle sedangkan kitosan magnetik nanopartikel berhasil mempertahankan aktifitasnya sebesar 55% setelah lima cycle.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Uncontrolled Keywords:	gula reduksi, imobilisasi selulase, hidrolisis enzimatik, kitosan, sabut kelapa.
Subjects:	T Technology > TP Chemical technology > TP248.3 Biochemical engineering. Bioprocess engineering
Divisions:	Faculty of Industrial Technology > Chemical Engineering > 24001-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	Afan .
Date Deposited:	21 Jul 2026 07:20
Last Modified:	21 Jul 2026 07:20
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/70511

Actions (login required)

View Item