Peningkatan Produksi Biohidrogen dari Jeruk Siam (Citrus nobilis var.microcarpa) Busuk Menggunakan Imobilisasi Kultur Campuran

ASTRILIA DAMAYANTI, Dr. Ir. Sarto, M.Sc.;Prof. Ir. Wahyudi Budi Sediawan, S.U., Ph.D,;Ir. Siti Syamsiah, Ph.D.(meninggal dunia 14 November 2016)

2018 | Disertasi | S3 ILMU TEKNIK KIMIA

Biohidrogen dapat diproduksi melalui fermentasi gelap menggunakan kultur campuran dengan memanfaatkan limbah jeruk siam (Citrus nobilis var. microcarpa) busuk yang masih mengandung sekitar 95 (%dry basis) karbohidrat. Adanya inhibitor berupa limonen yang terdapat pada kulit jeruk, maka perlu diusahakan suatu cara untuk melindungi kultur campuran yaitu dengan imobilisasi. Imobilisasi melalui metode ekstrusi menetes menghasilkan bead dimana penamaan bead yang berasal dari satu bahan imobilisasi disebut bead imobilisasi dan jika lebih dari satu bahan disebut bead koimobilisasi. Penelitian ini bertujuan mempelajari pengaruh imobilisasi dan koimobilisasi terhadap kondisi kultur campuran dalam bentuk bead pada produksi biohidrogen menggunakan substrat jeruk siam busuk serta mencari parameter kinetika melalui pendekatan model matematis. Bahan imobilisasi yang digunakan adalah alginat dengan konsentrasi 1%, 2%, dan 3%, serta karbon aktif (rasio alginat terhadap karbon aktif adalah 1:1). Cangkang telur ayam digunakan sebagai buffer. Metode penelitian diawali dengan proses pretreatment kultur campuran, dilanjutkan dengan pengkayaan kemudian pembuatan bead. Substrat jeruk siam busuk diperoleh dari Pasar Buah “Gemah Ripah”, Yogyakarta, sedangkan kultur campuran diperoleh dari 3 biodigester berbeda, yakni limbah buah, kotoran sapi, dan limbah tahu. Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi alginat 2% menghasilkan biohidrogen secara optimum. Produksi biohidrogen kumulatif(ml) pada hari ke-1, 3, 5 dan ke-7 adalah sebagai berikut : imobilisasi (3,25; 14,02; 15,57; 16,25), koimobilisasi (14,08; 26,08; 28,45; 29,19), dan koimobilisasi cangkang (17,22; 42,84; 47,69; 50,52). Intensitas kedua bead untuk produksi hidrogen dengan cangkang telur selama 30 siklus fermentasi dengan tiap siklus berlangsung selama tiga hari menunjukkan tiga hal penting, pertama, pertumbuhan koloni mikroorganisme untuk bead imobilisasi terjadi di dalam pori alginat, sedangkan untuk bead koimobilisasi terjadi di dalam pori karbon aktif. Kedua, produksi biohidrogen dari kedua bead relatif stabil hingga hari ke-60 dengan rerata produksi biohidrogen untuk bead imobilisasi adalah 15,7 ml dan bead koimobilisasi adalah 18,35 ml. Terakhir, penggunaan cangkang telur relatif stabil pada pH 6,5. Pendekatan matematis untuk penelitian ini adalah Model Gompertz Termodifikasi yang dapat diimplementasikan di berbagai bidang ilmu, sedangkan model pseudo monoculture dan single-substrate memperhitungkan VS, produk VFA dan biohidrogen. Nilai parameter Gompertz Termodifikasi untuk P (mL), Rm (mL/hari) dan lamda (jam), secara berurutan bernilai : suspensi (1,917; 2,75; 3,696), imobilisasi (16,018; 7,26; 13,63), koimobilisasi (27,77; 58,87; 18,22), serta koimobilisasi cangkang (46,57; 77,33; 18,66). Nilai YH2/VS (ml H2/gVS) suspensi, imobilisasi, koimobilisasi, dan koimobilisasi cangkang secara berurutan bernilai 39,70; 1096,03; 2936,75; dan 35714,56. Urutan produksi biohidrogen kumulatif menggunakan jeruk siam busuk dari terkecil adalah suspensi, imobilisasi, koimobilisasi, dan koimobilisasi cangkang. Model Gompertz Termodifikasi memberikan hasil yang lebih sesuai dengan data dari Model Pseudo-mono culture dan single substrate.

Biohydrogen can be produced by dark fermentation with rotten orange (citrus nobilis var. Microcarpa) which contains 95 (% dry basis) carbohydrates. Limonene as inhibitor contained in orange peel, so it is necessary to cultivate a way to protect microbes with cell immobilized. Immobilization can be done by extrusion dripping method to produce beads where the naming of beads derived from one immobilizing material is called immobilization and if more than one material is called co-immobilization. This study aims to study the effect of immobilization and co-immobilization mixed culture on biohydrogen production using the substrate of rotten orange and determined of kinetic parameters through a mathematical model approach. Immobilization materials were alginate concentration of 1%, 2%, and 3%, and activated carbon (ratio of alginate to activated carbon was 1:1). Chicken eggshell was used as a buffer. The research methods were pretreatment of mixed culture, followed by acidification then bead making. Rotten orange was obtained from "Gemah Ripah" Fruit Market, Yogyakarta. Mixed cultures were obtained from 3 biodigesters, i.e fruit waste, cow dung, and tofu waste. The results showed that 2% alginate concentration produced optimum yield hydrogen. The cumulative biohydrogen production (ml) on 1, 3, 5, and 7 days were as follows immobilization (3.25; 14.02; 15.57; 16.25), co-immobilization (14.08; 26.08 ; 28.45; 29.19), and co-immobilization with eggshell (17.22; 42.84; 47.69; 50.52). The intensity of the two beads for the production of hydrogen with egg shells for 30 fermentation cycles each cycle for three days shows three important things, firstly, the growth of microorganism colonies for immobilization beads takes place inside the alginate pore, whereas for co-immobilization beads occur within the pores of activated carbon. Secondly, the hydrogen production of both beads was relatively stable until the 60th day with the average of hydrogen production for immobilization bead was 15.7 ml and the co-immobilization bead was 18.35 ml. Finally, the use of eggshell was relatively stable at pH 6.5. The mathematical approach to this research was Modified Gompertz model that can be implemented in many fields of science, while the pseudo monoculture and single-substrate models considered VS, VFA, and hydrogen. The Modified Gompertz parameters of P(mL), Rm(mL/day), and lamda (hours) were suspended (1.917; 2.75; 3.696), immobilization (16.018; 7.26; 13.63), co-immobilization (27.77; 58.87; 18.22), and eggshell co-immobilization (46.57; 77.33; 18.66), respectively. The value of YH2/VS (mg H2/L.mg.VS) for suspended, immobilization, co-immobilization, and eggshell co-immobilization were 39.70; 1096.03; 2936.75; dan 35714.56, respectively. The cumulative biohydrogen production from the rotten orange from the smallest to the highest were suspended, immobilization, co-immobilization, and eggshell co-immobilization. The result of Modified Gompertz model gave more fitting with data than the Pseudo-mono culture and single substrate model.

Kata Kunci : biohydrogen, rotten orange (Citrus Nobilis var. Microcarpa), immobilization, mixed culture