Rekayasa Proses Hidrolisis Pati dan Serat Ubi Kayu (Manihot utilissima) untuk Produksi Bioetanol

Abstract

Ethanol production from cassava (Manihot utilissima) usually uses enzymatic process for starch hydrolysis. Enzymatichydrolysis by α-amylase and amyloglucosidase enzymes are not able to convert cassava fibers into sugars. Dilute acid hydrolysis is applied to convert both starch and fibers, which will increase the yield of simple sugars as fermentable sugars and resulting in high ethanol production. In this research there are two steps of dilute acid hydrolysis, first for starch hydrolysis at H SO concentration of 0.1-0.5 M, 5-15 minutes and second for fiber hydrolysis at 0.5-1.0 24M H SO , 10-20 minutes, at the same temperature of 121-127 oC and pressure of 1.0-1.5 atm. The disadvantage of acid hydrolysis is the formation of toxic compounds such as hydroxymethyl furfural (HMF) which is inhibited yeast fermentation. Therefore, acid hydrolyzates were detoxified with NH OH before use as fermentation substrate. The best starch hydrolysis condition was obtained at 0.4 M H SO  for 10 minutes which gave 257.37 g/l of total sugars, 24229.38 g/l of reducing sugars, 89.59 of dextrose equivalent (DE) and 0.57 g/l of HMF. While the best fiber hydrolysis performed at 1.0 M H SO  solution for 20 minutes which gave 79.74 g/l of total sugars, 70.88 g/l of reducing sugars, 2488.99 of DE and 0.0142 g/l of HMF. Single direct acid hydrolysis was the most suitable substrate for yeast fermentationwith the ethanol concentration of 5.7 % (w/v) and 30.5 % (w/w) of ethanol yield. This result is comparable with enzymatic hydrolysis which gave ethanol yield of 30 % (w/w).

ABSTRAK

Produksi etanol dari ubi kayu biasanya menggunakan enzim untuk menghidrolisis pati. Hidrolisis secara enzimatismenggunakan enzim α-amilase dan amiloglukosidase tidak mampu mengkonversi serat menjadi gula. Hidrolisis asam  berkonsentrasi  rendah  dilakukan  untuk  mengkonversi  pati  dan  serat,  sehingga  gula-gula  sederhana  yang dapat difermentasi meningkat dan menghasilkan produksi etanol tinggi. Pada penelitian ini ada dua tahap hidrolisis menggunakan asam berkonsentrasi rendah, yaitu tahap pertama untuk menghidrolisis pati dengan konsentrasi H SO 0,1-0,5 M selama 5-15 menit dan tahap kedua untuk menghidrolisis serat dengan kensentrasi H SO  0,5-1,0 M selama 2410-20 menit pada suhu dan tekanan sama, yaitu 121-127 oC dan 1,0-1,5 atm. Kekurangan pada hidrolisis asam adalahterbentuknya senyawa toksik seperti hidroksimetil furfural (HMF) yang mengganggu fermentasi khamir. Oleh karena itu hidrolisat asam didetoksifikasi menggunakan NH OH sebelum digunakan sebagai substrat fermentasi. Kondisi terbaik hidrolisis pati diperoleh pada konsentrasi H SO  0,4 M selama 10 menit dengan nilai total gula 257,37 g/l, 24gula pereduksi 229,38 g/l, dextrose equivalent (DE) 89,59 dan HMF 0,57 g/l. Selain itu kondisi terbaik hidrolisis serat diperoleh pada konsentrasi H SO  1,0 M selama 20 menit dengan nilai total gula 79,74 g/l, gula pereduksi 70,88 g/l, 24DE 88,99 dan HMF 0,0142 g/l. Hidrolisat asam yang paling sesuai digunakan sebagai substrat fermentasi adalah darihidrolisis satu tahap tanpa pemisahan serat yang menghasilkan etanol dengan konsentrasi 5,7 % (b/v) dan rendemen etanol 30,5 (b/b). Hasil tersebut tidak berbeda jauh dengan hidrolisis enzimatis yang mengasilkan rendemen etanol 30% (b/b).