KINETIKA KONSUMSI GLUKOSA OLEH Aspergillus niger DALAM PRODUKSI BIOETHANOL DARI LIGNOSELULOSA

SETYO ERNA WIDIYANTI, Ir. Siti Syamsiah, Ph.D.

2014 | Tesis | S2 Teknik Kimia

Pemanasan global mengakibatkan peningkatan suhu bumi dan perubahan iklim tidak menentu. Hal ini diakibatkan dari semakin bertambahnya CO2 di atmosfer hasil dari proses pembakaran di industri dan kendaraan bermotor. Untuk meminimalisasi penambahan jumlah CO2 diatmosfer dapat dilakukan dengan penggunaan bahan bakar yang berbahan baku biomassa yaitu bioetanol. Pemakaian bioetanol dapat membuat siklus karbon menjadi tertutup, sehingga jumlah CO2 diatmosfer akan tetap (jumlah CO2 di atmosfer cukup untuk menghangatkan suhu bumi). Bahan baku bioetanol dapat berasal dari tandan kosong kelapa sawit (TKKS). Pada proses produksi bioetanol dari TKKS, tahap hidrolisis selulosa menjadi glukosa merupakan salah satu tahap yang terpenting. Proses hidrolisis selulosa dapat dilakukan secara kimiawi maupun enzimatis. Proses hidrolisis secara enzimatis dapat menggunakan jamur penghasil selulase seperti Aspergillus niger. Jamur A. niger menghidrolisis selulosa untuk mendapatkan glukosa. Sebagian glukosa hasil hidrolisis dikonsumsi A. niger untuk memenuhi kebutuhan sumber karbonnya. Konsumsi glukosa oleh A. niger merupakan hal yang tidak diinginkan dan sebisa mungkin diminimalkan. Besarnya laju konsumsi glukosa penting diketahui untuk mendapatkan rancangan proses hidrolisis selulosa secara enzimatis yang optimum. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui laju konsumsi glukosa oleh A. niger pada proses hidrolisis selulosa. Besarnya laju konsumsi glukosa dipengaruhi oleh laju pertumbuhan A. niger, sedangkan laju pertumbuhan A. niger dipengaruhi oleh konsentrasi glukosa dan asam sitrat (produk metabolik energi dari A. niger). Kinetika konsumsi glukosa oleh A. niger dipelajari secara batch dengan variasi konsentrasi awal glukosa 30, 50, 70 g/l. Semakin besar konsentrasi awal glukosa, semakin besar laju pengurangan glukosa dan pembentukan asam sitrat, akan tetapi laju pertumbuhan A. niger relatif sama. Besarnya laju pertumbuhan, konsumsi glukosa, dan pembentukan asam sitrat oleh A. niger pada konsentrasi awal glukosa 30, 50, 70 g/l adalah 0,0497 g/l.jam, 0,0443 g/l.jam, 0,0486 g/l.jam; 0,0997 g/l.jam, 0,1692 g/l.jam, 0,2061 g/l.jam; 0,0221 g/l.jam, 0,0381 g/l.jam, 0,0442 g/l. Laju pertumbuhan, konsumsi glukosa, produksi asam sitrat oleh A. niger didekati dengan persamaan Monod non-competitive product inhibition, Luedeking-Piret, Luedeking-Piret dengan pola growth associated product formation. Nilai-nilai parameter kinetika berupa μmax, Ks, Kp untuk konsentrasi awal glukosa 30, 50, 70 g/l adalah 0,65 Jam-1, 157,5 g/l, 0,3 g/l. Nilai α (parameter kinetika untuk pembentukan asam sitrat mengikuti pola pertumbuhan A. niger yang nilainya sama dengan Yp/x) dan Yx/s untuk konsentrasi awal glukosa 30, 50, 70 g/l adalah 0,4903; 0,8531; 0,9863 dan 0,5124; 0,2704; 0,2381. Dengan semakin besar konsentrasi awal glukosa semakin besar pula nilai α, akan tetapi semakin kecil nilai Yx/s. Sehingga perlu dilakukan perbaikan kondisi proses fermentasi untuk meminimalkan laju konsumsi glukosa dengan cara meminimalkan pembentukan asam sitrat. Perbaikan kondisi proses dapat dilakukan dengan penjagaan pH medium sebesar 5,5 selama fermentasi.

Global warming resulted from CO2 level increase in the atmosphere has caused elevation of earth temperature and uncertain climate changes. CO2 is mainly emited from industrial activities and vehicles combustion. To prevent the rise of CO2 in the atmosphere can be done by using biomass fuel such as bioethanol. Using bioethanol can make the carbon cycle close, so the total of CO2 in the atmosphere will remain the same (amount of CO2 on the atmosphere can warm the earth temperature). The raw materials of bioethanol can be derived from oil palm empty fruit bunch. In the whole process of bioethanol production, hydrolysis of cellulose to glucose is the most important stage. Cellulose hydrolysis can be carried out chemically or enzymatically. Enzymatic hydrolysis utilizes cellulase-producing fungus and in this research, Aspergillus niger was chosen. The glucose produced is consumed by A niger as carbon source and this is undesirable, therefore it should be minimized as low as possible. Knowing the rate of glucose consumption is important to have the optimum design of enzymatic hydrolysis of cellulose. This study aimed to determine the rate of glucose consumption by A. niger on cellulose hydrolysis process. The rate of glucose consumption is influenced by the growth rate of A. niger, and, in turn, the fungus growth rate is influenced by the concentration of glucose and citric acid (a metabolic product of energy from A. niger). Kinetics of glucose consumption by A. niger was studied in batch system with variation of initial glucose concentration of 30, 50, 70 g/l. The greater initial concentration of glucose would result higher consumption rate of glucose and citric acid production, but the A. niger growth rate was relatively same. The growth rate of A. niger, the rate of glucose consumption, and the rate of formation of citric acid were 0.0497 g/l.h, 0.0443 g/l.h, 0.0486 g/l.h; 0.0997 g/l.h, 0.1692 g/l.h, 0.2061 g/l.h; 0.0221 g/l.h, 0.0381 g/l.h, 0.0442 g/l, for initial glucose of 30, 50, 70 g/l, respectively. The growth rate of A. niger, glucose consumption, and the formation of citric acid were modeled using 3 equations; i.e. non-competitive product inhibition Monod, Luedeking-Piret, and Luedeking-Piret growth associated product formation, respectively. The values of kinetic parameters such as μmax, Ks, Kp, were 0.65 hour-1, 157.5 g/l, 0.3 g/l, for initial glucose concentration of 30, 50, 70 g/l, respectively. The values of α (kinetic parameter for growth associated product formation and α would be equal to Yp/x) and Yx/s were 0.4903, 0.8531, 0.9863; 0.5124, 0.2704, 0.2381, for initial glucose concentration of 30, 50, 70 g/l, respectively. Higher initial glucose concentration would increase α but it lowered Yx/s. Maintaining the medium pH to 5.5 during the process would decrease the citric acid formation and therefore it could minimize the glucose consumption.

Kata Kunci : glukosa, A. niger, asam sitrat, monod non-competitive product inhibition, Luedeking-piret