Chips Selulosa (Cellulose Chip)

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi terus meningkat seiring dengan perkembangan kebutuhan manusia akan energi. Tentu saja energi menjadi isu sangat penting dalam setiap pembahasan wawasan visioner karena merupakan kebutuhan dasar manusia. Masalah kemudian timbul karena energi banyak dihasilkan dari berbagai bahan bakar yang tersedia di setiap lapisan kulit bumi, seperti minyak bumi. Akan tetapi persediaan sumber energi semakin menipis karena merupakan suatu sumber daya alam yang tidak bisa diperbaharui. Sehingga diperlukan suatu langkah nyata untuk segera melakukan pengalihan penggunaan minyak bumi dengan energi yang lebih ramah lingkungan dan bisa diperbaharui seperti bioetanol, biofuel atau biodiesel. Lebih tepat kita menggambarkan pengalihan ini menjadi bioenergi.

Sumber utama dari bioenergi ini umumnya adalah minyak yang dihasilkan dari tumbuhan atau senyawa-senyawa kimia dari tanaman atau sisa tanaman yang bisa diolah lebih lanjut menjadi sumber energi melalui beberapa proses fisika-kimia. Kita sebut saja bioetanol, biofuel, ataupun biodiesel yang bisa didapatkan dari bahan dasar selulosa. Uniknya, hampir semua jenis tanaman di muka bumi ini mengandung selulosa sebagai bahan utama penyusunnya. Sehingga manusia memang disediakan kemudahan dalam prosesnya untuk menghasilkan energi. Akan lebih mudah jika selulosa dari berbagai jenis tumbuhan ini diolah menjadi suatu sumber energi dasar yang khusus diciptakan untuk memudahkan proses kelanjutan dari penciptaan energi. Sederhananya diperlukan suatu selulosa instan agar pengolahan lebih lanjutnya menjadi lebih efektif dan efisien dari sisi sumber daya waktu dan biaya.

Selulosa adalah senyawa seperti serabut, tidak larut dalam air dan ditemukan di dalam dinding sel pelindung tumbuhan, terutama pada tangkai, batang dan dahan. Selulosa tidak hanya merupakan polisakarida struktural ekstraseluler yang paling banyak dijumpai pada tumbuhan, tetapi juga merupakan senyawa yang paling banyak diantara semua biomolekul pada tumbuhan atau hewan. Struktur selulosa berupa linier tidak bercabang yang merupakan monopolisakarida dengan 10.000 atau lebih unit D-Glukosa yang dihubungkan ikatan glikosida. Senyawa ini kelihatan seperti amilosa, tetapi pada selulosa ikatan 1 berada dalam konfigurasi . Sedangkan pada amilosa, ikatan 1 berada pada konfigurasi . Karena ikatan nya, rantai D-Glukosa pada selulosa membentuk konformasi yang melebar dan mengalami pengelompokan antar sisi menjadi serat yang tidak larut.

Gambar Struktur bangun selulosa (Spano, 1976).

Salah satu hal yang mungkin dilakukan dan sudah banyak dibahas oleh para ahli adalah menciptakan cellulose chip atau chip selulosa. Istilah ini diambil teknologi komputer, dimana Chip adalah  suatu benda yang berbentuk tipis dan kecil. Chip dibentuk sebagai pertimbangan keefisienan berat, tempat juga keefisienan dalam biaya produksi. Pada umumnya tahap pertama proses pembuatan chip adalah pencetakan ekstrak kental menggunakan mesin pencetak kemudian dikeringkan. Selanjutnya, hasil pencetakkan diseragamkan bentuk dan ukurannya (Anonimous¹, 2008). Keuntungan paling umum yang dapat dipetik dari teknologi ini adalah produk selulosa yang awet dan tahan lama, siap pakai, dan tingkat kemurnian selulosa yang tinggi. Sehingga proses “chipsisasi” selulosa bisa menjadi tawaran alternative untuk mengembangkan system energy yang berkelanjutan.

Proses pertama dalam pembuatan cellulose chip adalah pemisahan lignin dari selulosa. Lignin paling mudah umumnya dapat dipisahkan menggunaka suatu basa kuat, misalnya NaOH dalam konsentrasi pekat. Cara lain yang dapat digunakan untuk memisahkan lignin adalah dengan mengggunakan suatu enzim delignifikasi yang dikenal sebagai laccase dari suatu kultur cendawan berfilamen Pycnoporus cinnabarinus. Di alam, beberapa fungi mengeluarkan enzim yang dapat mendegradasi lignin sehingga mereka dapat mencapai selulosa yang merupakan sumber nutrisi yang lebih berguna bagi pertumbuhannya. Fungi yang mampu mendegradasi lignin antara lain Trametes versicolor, Ceroporiopsis subvermispora, Phanerochaeta chrysosporium. Fungi-fungi ini tergolong dalam kelompok white rot fungi. Selain itu, beberapa mikrofungi juga mempunyai kemampuan untuk mendegradasi lignin, misalnya Fusarium solani dan Rhodococcus erytropis. Enzim-enzim yang berperan dalam degradasi lignin, dikenal sebagai ligninolitik enzim. Di antara enzim-enzim ligninolitik, yang paling kuat adalah lignin peroksidase ( LiP ). Enzim ini tidak hanya bekerja menguraikan gugus fenolik pada lignin tetapi juga menguraikan gugus non fenolik (Cadisch, 1997). Pada lignin gugus non fenolik jumlahnya lebih banyak daripada gugus fenolik, sehingga fungi yang memiliki enzim ini, misalnya P. chrysosporium, dapat menguraikan lignin lebih baik. Proses degradasi lignin dengan enzim LiP ini melalui suatu reaksi oksidasi.. Enzim ligninolitik yang lebih umum ditemui adalah mangan peroksidase ( MnP ) dan lacase (Cadisch, 1997). Kedua enzim ini mengoksidasi gugus fenol menjadi gugus fenoksil radikal. Aryl alcohol oksidase merupakan jenis enzim ligninolitik yang lain. Enzim ini mengubah aromatik alkohol menjadi aldehid, selain itu juga menghasilkan H₂O₂ yang dapat menunjang reaksi oksidasi yang dilakukan oleh lignin peroksidase dan mangan peroksidase (Kirk, Farrel, 1987). Selain enzim dan fungi yang dapat mendegradasi lignin terdapat beberapa jenis mikroba yang dapat melakukan hal tersebut. Jenis – jenis mikroba tersebut disajikan pada Tabel berikut ini.

Tabel  Beberapa Jenis Mikroba Pendegradasi lignin (Kirk, 1987)

Klasifikasi mikroba	Contoh
Actinomycetes	Bakteri tanah (Soil Bacteria) (Nocardia, Sdtyremptomyces)
Fungi Imperfecti	Jamur tanah (Soil fungi) (Fusarium) Jamur batang lunak (Soft-rot) (Populaspora)
Ascomycetes	Jamur batang lunak (Chaetumium) Pseudo Soft rot fungi (Hypoxylon, Xylaria)
Basidiomycetes	Litter-degrading (Collybia,Mycena) Jamur Pelapuk putih (white rot fungi) (Coriolus, Phanerochaete, Poria) Jamur Pelapuk Coklat (Brown rot fungi) (Gloeophyllum, Poria)

Dalam proses pemisahan lignin sebaiknya menggunakan jamur basidiomisetes. Karena jamur basidiomisetes merupakan kelompok utama pendegradasi lignoselulosa. Walaupun beberapa bakteri diketahui dapat mendegradasi lignin, tetapi bakteri yang mampu mendegradasi lignin secara kompleks belum pernah dilaporkan. Jamur pembusuk kayu menghasilkan enzim-enzim pendegradasi lignoselulosa seperti golongan selulase, ligninase, dan hemiselulase (Green dan Highley, 1997).

Evans et al. (1994) menyatakan bahwa kelompok peroksidase (lignin peroksidase [LiP] dan manganese peroksidase [MnP]) yang menggunakan H₂O₂ dan laccase (polifenol oksidase) yang menggunakan molekul oksigen berperan dalam degradasi lignin. Gambar 6 menunjukkan seri oksidasi lignin atau hidrokarbon poliaromatik (PAH). Radikal alkohol veratril (VA⁺) yang dihasilkan adalah sebagai produk utama oksidasi H₂O₂ yang dikatalisis oleh LiP.

 

Gambar Oksidasi Lignin atau PAH yang Diperantarai oleh Alkohol Veratril (VA) (Harvey et al. 1992)

Langkah selanjutnya adalah pemisahan selulosa dan hemiselulosa. Pemisahan selulosa dapat dilakukan dengan cara hidrolisis melalui prosedur HoloselulosaTappi Standard Tgm (Useful method 249, ASTM Standard D 1104 dan Sll) atau penentuan selulosa Cross dan Sevan dan selulosa Kursner. Bagian dari selulosa yang tahan dan tidak larut oleh larutan basa kuat disebut α -cellulose. Bagian yang terlarut tetapi dapat mengendap apabila ekstrak dinetralkan dikenal sebagai β-selulosa (Betha Cellulosa). Bagian yang mengendap dalam larutan walaupun sudah dinetralkan dikenal sebagai γ-selulosa. Kemurnian selulosa sering dinyatakan melaui parameter α-selulosa. Biasanya semakin tinggi kadar α-selulosa, maka semakin baik mutu bahannya. (Tarmansyah, 2008).

Langkah terakhir dalam proses ini adalah proses pembuatan chip. Sebelum melakukan proses pembuatan chip, dilakukan ektraksi dari tanaman sumber selulosa. Ekstraksi merupakan proses penyarian dengan penarikan zat-zat yang mengandung selulosa dari tanaman. Pada tahap ini, bahan baku yang digunakan adalah pati tanaman berupa bubur dengan kadar air yang tinggi. Untuk mendapatkan ekstrak kental maka dilakukan proses evaporasi. Dalam proses evaporasi, ekstrak yang masih mengandung banyak air dipanaskan pada temperatur kurang dari 200 ^oC, menurut Minowa, et. al. (1998), apabila dipanaskan sampai lebih dari temperatur tersebut selulosa akan terdekomposisi.

Setelah mendapatkan ekstra kental berupa bubur, ekstrak tersebut dapat dicetak dengan dua cara yaitu dengan alat pencetakan tahu dan loyang sesuai bentuk yang diinginkan. Disarankan cetakan yang digunakan memiliki ketebalan kurang lebih 0,5 cm. Cara yang lebih efektif pada proses pencetakan adalah menggunakan cetakan tahu karena selain menghasilkan padatan yang lebih baik, waktu yang dibutuhkan untuk proses pembuatan relatif lebih singkat karena cetakan tersebut dapat memuat ekstrak kental yang lebih banyak. Sebelum melakukan tahap pengeringan ekstrak yang telah dicetak dipotong-potong terlebih dahulu sesuai keinginan.

Pada proses pengeringan, ekstrak yang sudah dicetak dimasukkan ke dalam oven atau dikeringkan menggunakan energi cahaya matahari dengan cara menjemur, sampai akhirnya bahan tersebut menjadi lebih keras dan kering. Hasil akhir dari rangkaian proses inilah yang disebut cellulose chip.

Acuan

Anonimous¹, 2008,                           diakses dari http://www.asimas.co.id diakses tanggal 18 Maret 2010.

Cadisch G., 1997, Fungal Degradation of Lignin In : Driven by Nature Plant Litter Quality and Decomposition, hal 34 – 41, Hammel K.E., CAB international, Madison

Harvey, P.J., R. Floris, T. Lundell, J. Palmer, H.E. Schoemarker, and R. Wever,  1992, Catalytic mechanisms and regulation of lignin peroksidase, Biochem, Society Transact, 20: 345-349.

Kirk, T., R. L. Farrel, 1987, “Deligninfication by Wood Decay Fungi”, Marcel Dekker.

Minowa, T., Z. Fang, T. Ogi, and G. Varhegyi, 1998, Decomposition of Cellulose and Glucose in Hot-Compressed Water under Catalyst-Free Conditions, J. Chem. Eng. Japan, 31, 131-134

Spano, L., 1976, Enzymatic Hydrolisis of Cellulosic Waste to Fermentable Sugar and The production of Alcohol, United State Army, Natick Research and Development Massachusetts, pp.1-27

Tarmansyah, Umar, S., 2008, Pemanfaatan Serat Rami untuk Pembuatan Selulosa diakses dari http://buletinlitbang.dephan.go.id diakses tanggal 20 Maret 2008