Limbah Jerami Sebagai Substrat Industri

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Produksi pertanian Indonesia yang meningkat dari tahun ke tahun menyebabkan meningkatnya

pula limbah yang dihasilkan selama pemanenan dan proses pengolahannya. Limbah padat dari

kegiatan pertanian seperti jerami, serbuk gergaji kayu, tandan kelapa sawit, batang dan bonggol

jagung, serta bagas tebu tersusun oleh lignoselulosa. Lignoselulosa memiliki komposisi selulosa

sebesar 45% dari berat kering bahan. Sedangkan hemiselulosa menempati 25-30% dan sisanya

adalah lignin.

Selulosa dan hemiselulosa adalah polisakarida yang dibangun oleh ikatan -1,4 glikosidik

(Howard, 2003). Ikatan -1,4 glikosidik merupakan ikatan yang stabil yang tidak mudah

terputus. Akibatnya, proses dekomposisi alami limbah tersebut berlangsung lama yang

selanjutnya menyebabkan penumpukan sampah organik di lingkungan jika tidak ditangani lebih

lanjut. Untuk mempercepat proses dekomposisi limbah tersebut diperlukan bantuan enzim

selulase dan xilanase yang mampu memutus ikatan -1,4 glikosidik (Howard, 2003). Selain

berperan dalam mempercepat daur biomasa di alam, selulase dan xilanase adalah enzim yang

digunakan secara luas dalam industri tekstil, deterjen, pulp dan kertas. Selulase juga telah banyak

dimanfaatkan untuk peningkatan nilai makanan ternak dengan meningkatkan kecernaannya

Hanya saja umumnya enzim yang digunakan saat ini masih impor.

Salah satu limbah pertanian yang tersedia melimpah dan dapat dimanfaatkan sebagai substrat

adalah jerami padi. Namun belum banyak yang memanfaatkannya secara maksimal sebagai

substrat dalam bidang industri. Banyak variasi dengan penambahan bahan lain dan masih

memungkinkan untuk melakukan penelitian lebih lanjut untuk mengetahui komposisi yang

efektif untuk membuat substrat yang berbahan dasar limbah jerami. Dalam makalah ini akan

dibahas sedikit mengenai manfaat jerami padi sebagai substrat dalam dunia industri.

I.2 RUMUSAN MASALAH

1. Apa definisi dan kandungan yang terdapat pada jerami padi?

2. Apa saja manfaat jerami padi dalam industri?

I.3 Manfaat

1. Mengetahui definisi dan kandungan pada jerami padi.

2. Mengetahui manfaat jerami padi dalam dunia industri.

BAB 11

ISI

A. Fermentasi

Fermentasi merupakan suatu cara untuk mengubah substrat menjadi produk tertentu yang

dikehendaki dengan menggunakan bantuan mikroba. Produk-produk tersebut biasanya

dimanfatkan sebagai minuman atau makanan. Fermentasi suatu cara telah dikenal dan digunakan

sejak lama sejak jaman kuno. Sebagai suatu proses fermentasi memerlukan:

1. Mikroba sebagai inokulum

2. Tempat (wadah) untuk menjamin proses fermentasi berlangsung dengan optimal.

3. Substrat sebagai tempat tumbuh (medium) dan sumber nutrisi bagi mikroba. (Artini, 2005)

Medium untuk fermentasi biasa disebut substrat. Biasanya pada teknologi fermentasi digunakan

bahan dasar yang mengandung karbon. Oleh karena itu, kebanyakan berasal dari tumbuhan dan

sedikit dari produk hewani. Sebagai contoh; biji-bijian (grain), susu (milk). Natural raw material

berasal dari hasil pertanian dan hutan. (Artini, 2005)

Karbohidrat; gula, pati (tepung), selulosa, hemiselulosa, dan lignin.

1. Gula, bahan makanan yang mengandung gula mudah dan relatif mudah didapatkan untuk

proses biotek.

2. Pati, jagung, padi, ganum, kentang, dan pohong (kassava) didegradasi menjadi gula sederhana

(monosakarida) dengan hidrolisis sebelum fermentasi. Pati juga dapat digunakan sebagai bahan

bakar non minyak (etanol).

3. Selulosa

4. Substrat dari limbah industri: Molase (tetes tebu), mengandung 50 % gula sebagai substrat

untuk produksi antibiotik, asam organik. Whey (air dadih), Damen dan ampas tahu, bahkan urine

hewan ternak.

Berdasarkan bentuknya substrat dapat dibedakan menjadi:

1. Substrat cair (air anggur)

2. Substrat semi cair (yoghurt)

3. Substrat padat digunakan untuk produksi tempe, oncom, kecap, kompos dsb.

B. Jerami padi

Indonesia yang terkenal sebagai negara yang mempunyai wilayah yang luas, mempunyai potensi

di bidang pertanian. Salah satunya adalah pertanian padi. Sepanjang tahun produksi padi

menghasilkan limbah berupa jerami padi dalam jumlah yang besar. Jerami padi biasa

dimanfaatkan sebagai pakan ternak dan bahan kompos. Namun ada juga yang hanya membakar

jerami padi pada arel persawahannya. Ternyata, jerami padi dapat dimanfaatkan sebagai substrat

industri dengan mencampurkannya dengan bahan lain sesuai produk yang ingin di hasilkan.

Jerami padi merupakan limbah pertanian terbesar di Indonesia. Jumlahnya sekitar 20 juta per

tahun. Menurut data BPS tahun 2006, luas sawah di Indonesia adalah 11,9 juta ha. Produksi per

hektar sawah bisa mencapai 12-15 ton bahan kering setiap kali panen, tergantung lokasi dan

varietas tanaman. Sejauh ini, pemanfaatan jerami padi sebagai pakan ternak baru mencapai 31-39

%, sedangkan yang dibakar atau dimanfaatkan sebagai pupuk 36-62 %, dan sekitar 7-16 %

digunakan untuk keperluan industri (safan.wordpress.com, 2008).

Banyaknya jerami padi yang belum dimanfaatkan secara optimal mendorong para peneliti

mengembangkan potensi jerami padi menjadi sesuatu yang mempunyai nilai ekonomi tinggi.

Berikut ini adalah komponen yang ada dalam jerami padi :

Komponen Kandungan (%)

Selulosa 39

Hemiselulosa 27

Lignin 12

Abu 11

Selulosa adalah polimer yang tersusun atas unit-unit glukosa melalui ikatan -1,4-glikosida.

Bentuk polimer ini memungkinkan selulosa saling menumpuk/terikat menjadi bentuk serat yang

sangat kuat. Panjang molekul selulosa ditentukan oleh jumlah unit 4 glucan di dalam polimer,

disebut dengan derajat polimerisasi. Derajat polimerisasi selulosa tergantung pada jenis tanaman

dan umumnya dalam kisaran 200-27.000 unit glukosa. Selulosa dapat dihidrolisis menjadi

glukosa dengan menggunakan asam atau enzim (safan.wordpress.com, 2008).

Hemiselulosa mirip dengan selulosa, namun tersusun dari bermacam-macam jenis gula.

Monomer gula penyusun hemiselulosa terdiri dari monomer gula berkarbon 5 (C-5) dan 6 (C-6),

seperti : xylosa, mannose, glukosa, galaktosa, arabinosa, dan sejumlah kecil rhamnosa, asam

glukoroat, asam metal glukoroat, dan asam galaturonat (safan.wordpress.com, 2008). Sedangkan

lignin adalah molekul kompleks yang tersusun dari unit phenylphropane yang terikat di dalam

struktur tiga dimensi. Lignin adalah material yang paling kuat dalam biomassa, namun sangat

resisten terhadap degradasi, baik secara biologi, enzimatis, maupun kimia. Karena kandungan

karbon yang relatif tinggi dibandingkan denga selulosa dan hemiselulosa lignin memiliki

kandungan energi yang tinggi (safan.wordpress.com, 2008). Secara alami lignin berwarna coklat.

Kalau jerami berubah warna menjadi agak putih, berarti ada sebagian lignin yang hilang. Lignin

membuat jerami jadi keras dan liat. Kalau jerami menjadi lebih lunak dari jerami aslinya, berarti

pelindung ligninnya sudah mulai rusak.

C. Pemanfaatan Jerami Padi

1. Pembuatan Enzim Selulase

Pemanfaatan substrat jerami padi sebagai media fermentasi yang banyak mengandung selulosa

untuk pertumbuhaan mikroorganisme memiliki prospek yang cerah di masa yang akan datang,

karena memberikan alternatif biaya yang lebih murah jika dibandingkan dengan pembuatan

enzim dengan menggunakan bahan-bahan kimia sintetik sebagai media pertumbuhan

mkroorganisme. Produksi enzim selulase dengan menggunakan substrat jerami padi yang

mengandung selulosa ini juga akan menghasilkan produk-produk lain yang berguna bagi

manusia seperti glukosa, etanol, protein sel tunggal dan lain-lain (Darwis dan Sukara, 1990).

Enzim selulase sendiri sangat penting perannya dalam hidrolisis selulosa untuk menghasilkan

glukosa, yang laku dipasaran dan dibutuhkan untuk berbagai keperluan baik untuk keperluan

pembuatan zat-zat kimia yang lain yang bernilai ekonomis lebih tinggi seperti etanol, aseton, dan

asam-asam organik, maupun digunakan sebagai sumber karbon pengusahaan mikroba untuk

produksi enzim dan antibiotik (Gunam, 1997: Wyk et al., 2003; Gunam et al., 2004).

Jerami padi yang merupakan limbah pertanian memiliki kandungan selulosa cukup tinggi

(Juliano, 1985), memungkinkan untuk dimanfaatkan sebagai media pertumbuhan

mikroorganisme untuk memproduksi enzim selulase. Sejauh ini, konsentrasi substrat jerami padi

yang dibutuhkan untuk produksi enzim selulase yang optimal dari mikroorganisme pada

fermentasi dengan menggunakan media dari serbuk jerami padi belum diketahui secara pasti.

Pembuatan enzim selulase dari limbah jerami padi sebagai substrat dengan menggunakan

mikroorganisme sebagai penghasil enzim, selain mudah dibiakan, mikroorganisme juga

mempunyai kecepatan tumbuh yang tinggi dan mudah dikontrol pertumbuhannya (Reed, 1975).

Jenis fungi yang biasa digunakan dalam produksi selulase antara lain sebagai berikut:

Aspergillus niger, Aspergillus fumigates, Aspergillus nidulans, Neurospora sitophila, Tricoderma

viride, Tricoderma longibrachiatum, dan Saccharomyces cerevisiae. Sedangkan bakteri yang bisa

menghasilkan selulase adalah Pseudomonas, Cellulomonas, Bacillus, Micrococcus, Cellovibrio,

dan Sporosphytophaga.

2. Pembuatan Etanol

Jerami padi merupakan limbah pertanian yang mengandung polisakarida dalam bentuk selulosa,

hemiselulosa, pektin dan lignin (Howard dkk., 2003 dalam Mustika, 2008). Komponen

polisakarida tersebut dapat diuraikan melalui proses degradasi atau fermentasi dengan

menggunakan aktifitas mikroba potensial seperti kapang Trichoderma viride untuk menghasilkan

gula dan selanjutnya khamir Saccharomycess cerevisiae untuk produksi etanol (Mustika, 2008).

Etanol dapat dihasilkan dari jerami padi dan alang-alang melalui proses fermentasi secara

bertahap (tahap 1 fermentasi gula dengan menggunakan kapang T. viride dan tahap 2 fermentasi

etanol dengan menggunakan khamir S. cerevisiae).

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Mustika, 2008 kadar gula sederhana yang

dihasilkan secara fermentasi oleh kapang T. Viride cukup tinggi pada substrat jerami padi.

Jerami padi memiliki potensi sebagai substrat dalam fermentasi etanol. Kadar etanol tertinggi

yang dihasilkan secara fermentasi oleh khamir S. Cerevisiae pada jerami padi adalah sebesar

0,77% (Mustika, 2008).

BAB III

KESIMPULAN

1. Produksi pertanian di indonesia menghasilkan limbah yang tidak sedikit. Salah satunya adalah

jerami padi. Kandungan yang terdapat dalam jerami padi adalah selilosa, hemiselulosa, lignin,

abu.

2. jerami padi dapat dimanfaatkan sebagai substrat dalam pembuatan selulosa dan etanol

MAKALAH BIOPROSES

LIMBAH JERAMI SEBAGAI SUBSTRAT INDUSTRI

Oleh

Audia Wira Rachmadi

111424003

Kelas 1A

TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2012