Proses Pretreatment Ekstraksi Selulosa dari Jerami Padi

Proses degradasi bahan berlignoselulosa dari limbah pertanian, salah satunya pada bahan jerami padi, dipengaruhi oleh komposisi substrat limbah, selulosa dan ukuran partikel. Proses pretreatment diperlukan untuk mempermudah degradasi selulosa. Proses pretreatment  dapat dilakukan secara mekanis, kimiawi dan biologis. Pretreatment  mekanis dapat dilakukan dengan grinding. Beberapa pretreatment bahan diantaranya adalah pretreatment  menggunakan NaOH. Pretreatment  bertujuan untuk menghancurkan ikatan lignin sehingga komponen hemiselulosa dan selulosa lebih mudah didegradasi.

 1. Proses pretreatment  secara mekanik

Teknik mekanis untuk ekstraksi selulosa dilakukan oleh Siro dengan menggunakan metode penggilingan atau pencacahan pada 1500 rpm (Siró and Plackett 2010). Dekomposisi bahan organik yang mengandung selulosa, hemiselulosa dan lignin berlangsung sangat lambat. Taherzadeh menyatakan untuk mempercepat proses degradasi bahan organik mengandung lignoselulosa perlu dilakukan pretreatment  bahan baku (Taherzadeh and Karimi 2008). Sidiras menunjukkan bahwa untuk menurunkan kristalinitas dengan penggilingan bahan jerami dengan sejumlah kecil gula akan memudahkan dikonversi (Sidiras and Koukios 1989). Jin dan Chen meneliti jerami padi dipotong 5-8 cm kemudian dimasak dengan steam 220°C selama 5 menit akan meningkatkan yield gula dan hidrolisis enzimatik (Sidiras and Koukios 1989).

2. Proses pretreatment  secara kimia (menggunakan senyawa alkali)

Pada pretreatment  kimia, proses pretreatment  alkali lebih murah daripada pretreatment  dengan asam dan dapat menghasilkan degradasi selulosa yang lebih rendah serta degradasi lignin yang lebih tinggi. Dougles memaparkan bahwa dengan menggunakan basa lebih menguntungkan daripada menggunakan asam, maka digunakan NaOH sebagai pretreatment  secara kimiawi sehingga komponen lignin rusak dan selanjutnya komponen selulosa maupun hemiselulosa menjadi lebih mudah didegradasi menghasilkan gula (Douglas, Feinberg, and Schroeder 1985). Hamelinck memaparkan hal yang berkesesuaian dengan Dougles bahwa salah satu alkali yang bisa digunakan antara lain NaOH dan Ca(OH)₂ dimana dapat meningkatkan yield glukosa sebesar 84% (Hamelinck et al. 2004).

Natrium hidroksida, kapur (kalsium hidroksida) dan amonia umum dan efisien digunakan sebagai pretreatment  agen (Hendriks, A.T.W.M., dan Zeeman 2009). He dkk menemukan bahwa pretreatment  dengan NaOH pada jerami padi dapat menurunkan kandungan lignin dan meningkatkan yield biohidrokarbon, sedangkan kristalinitas dari selulosa meningkat serta bentuk kristal selulosa tidak berubah (He, Y.F., Pang, Y., Liu, Y., Li, X., Wang 2008). Pada umumnya, penurunan kandungan lignin dapat meningkatkan yield biohidrokarbon. Fernandes dkk memaparkan bahwa biodegrabilitas dari biomassa lignoselulosa meningkat seiring dengan penurunan kandungan lignin. Hal tersebut juga terjadi pada pretreatment  thermo-lime dapat meningkatkan yield biohidrokarbon karena kapur dapat melarutkan lignin (Fernandes et al. 2009). Perbandingan pretreatment  asam dan basa dapat dilihat pada Tabel 2.2. Chen di tahun 2020 juga memaparkan kombinasi dari pemanasan dan NaOH dapat mengurangi kadar lignin pada jerami (Chen et al. 2021). Krisnayana di tahun 2023, memaparkan kadar selulosa dengan menggunakan NaOH lebih banyak dari pada menggunakan HCl (R Krisnayana, Biyanto, and Nugroho 2023b, 2023a). Dari pemaparan diatas dapat disimpulkan bahwa pretreatment  dengan menggunakan basa lebih menguntungkan daripada menggunakan asam, maka digunakan NaOH sebagai pretreatment  secara kimiawi sehingga komponen lignin rusak dan selanjutnya komponen selulosa maupun hemiselulosa menjadi lebih mudah didegradasi menghasilkan gula.

3. NaOH pretreatment  dan pemanasan

Salah satu alkali yang bisa digunakan untuk pretreatment  antara lain NaOH dan Ca(OH)₂ yang dapat meningkatkan yield glukosa sebesar 85% (Hamelinck et al. 2004).  Pretreatment  merupakan perubahan komposisi struktur fisik dan kimia. Pada karakteristik biomassa jerami yang terjadi selama proses pretreatment  alkali dan pemanasan, perubahan meliputi pembengkakan serat, penurunan lignin dengan karbohidrat, dan terjadi degradasi pelarutan lignin. Lignin, selulosa, dan hemiselulosa adalah komposisi utama jerami padi, sebesar 69% jerami padi kering merupakan sumber utama karbon untuk anaerobik mikroorganisme (He, Y.F., Pang, Y., Liu, Y., Li, X., Wang 2008). Beberapa penelitian dalam upaya untuk meningkatkan kadar selulosa pada jerami padi dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1.  Perbandingan Pretreatment  Asam dan Basa

Pretreatment  Asam	Pretreatment  Basa
Tidak menurunkan lignin secara signifikan	Menurunkan lignin secara signifikan
Membutuhkan energi yang besar karena membutuhkan suhu tinggi (100 – 230 ⁰C)	Berjalan pada suhu rendah (60-100 ⁰C)
Penurunan kadar hemiselulosa lebih tinggi dibandingkan lignin	Penurunan kadar lignin lebih tinggi dibandingkan hemiselulosa
Menghasilkan produk samping berupa asam asetat dan furfural	Tidak menghasilkan produk samping
Menyebabkan korosif dan limbah toxic	Lebih ramah lingkungan

Sumber : (Rocha, G.J.M., George 2011)