Pengaruh konsentrasi Natrium Sulfit (Na2SO3) dan lama waktu pemasakan terhadap proses Delignifikasi limbah sabut kelapa dalam produksi Bioetanol

ABSTRAK

Konversi biomassa lignoselulosa menjadi bioetanol merupakan salah satu solusi energi terbarukan yang menjanjikan, namun terhambat oleh keberadaan lignin yang menghalangi akses enzimatis terhadap selulosa. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh praperlakuan natrium sulfit (Na2SO3) dengan variasi konsentrasi dan lama waktu pemasakan terhadap perubahan kadar lignoselulosa, struktur kimia dan morfologi, serta dampaknya terhadap kadar gula reduksi dan produksi bioetanol. Hasil analisis menunjukkan bahwa perlakuan Na2SO3 secara signifikan menurunkan kadar lignin dari 52,77% menjadi 17,5% diikuti dengan peningkatan kandungan selulosa dan hemiselulosa. Penurunan kadar lignin ini dikonfirmasi oleh hasil analisis SEM, yang menunjukkan permukaan biomassa yang lebih terdegradasi dan terbuka pada sampel praperlakuan, dibandingkan dengan struktur permukaan yang masih utuh pada sampel kontrol. Hasil FT-IR menunjukkan munculnya serapan pada bilangan gelombang 2926,79 cm-1 yang mengindikasikan tereksposnya komponen selulosa dan hemiselulosa. Ketersediaan gula reduksi setelah hidrolisis meningkat signifikan pada sampel dengan praperlakuan, yaitu mencapai 4,47 mg/ml dibandingkan dengan sampel tanpa praperlakuan sebesar 1,58 mg/ml. Namun, hasil fermentasi menunjukkan bahwa kadar bioetanol justru lebih tinggi pada sampel tanpa praperlakuan yang mencapai 0,003% dibandingkan dengan sampel praperlakuan sebesar 0,0006%. Hal ini disebabkan oleh terbentuknya senyawa inhibitor, seperti HMF dan furfural selama proses delignifikasi termal, yang menekan aktivitas metabolik Saccharomyces cerevisiae meskipun substrat tersedia dalam jumlah lebih banyak. Dengan demikian, praperlakuan Na2SO3 efektif dalam meningkatkan ketersediaan gula fermentabel melalui delignifikasi, namun perlu dikendalikan agar tidak menghasilkan senyawa inhibitor yang dapat menurunkan efisiensi fermentasi bioetanol.

ABSTRACT

Converting lignocellulosic biomass into bioethanol is one of the most promising renewable energy solutions. However, the presence of lignin blocks enzymatic access to cellulose, which hinders this process. This study investigates the effects of natrium sulfite (Na2SO3) pretreatment at different concentrations and cooking times on changes in lignocellulose content, chemical structure, morphology, reducing sugar content, and bioethanol production. The analysis results indicate that Na2SO3 treatment significantly reduces lignin content from 52,77% to 17,5%, while increasing cellulose and hemicellulose content. SEM analysis confirmed this reduction in lignin content, showing a more degraded and open surface in the pretreated samples compared to the intact surface structure of the control samples. FT-IR results showed an absorption peak at 2926,79 cm-1, indicating exposure of the cellulose and hemicellulose components. The availability of reducing sugars after hydrolysis increased significantly in the pretreated samples, reaching 4.47 mg/mL compared to 1.58 mg/mL in the untreated samples. However, the fermentation results showed that the bioethanol content was higher in the untreated samples, reaching 0,003% compared to 0,0006% in the pretreated samples. This is due to the formation of inhibitory compounds, such as HMF and furfural, during the thermal delignification process. These compounds suppress the metabolic activity of Saccharomyces cerevisiae, despite the larger quantity of available substrate. Thus, while Na2SO3 pretreatment effectively enhances the availability of fermentable sugars through delignification, it must be controlled to prevent the production of inhibitory compounds that could reduce bioethanol fermentation efficiency.

مستخلص البحث

تحويل الكتلة الحيوية اللجنوسليلوزية إلى بيوإيثانول هو أحد الحلول الواعدة للطاقة المتجددة، ولكنه يواجه عائقًا يتمثل في وجود اللجنين الذي يمنع الوصول الإنزيمي إلى السليلوز. تهدف هذه الدراسة إلى معرفة تأثير المعالجة المسبقة بالصوديوم سلفات (Na2SO3) مع تباين التركيز ومدة الطهي على تغير محتوى اللجنوسليلوز والهيكل الكيميائي والمورفولوجي، وكذلك تأثيرها على محتوى السكر المختزل وإنتاج البيوإيثانول. أظهرت نتائج التحليل أن معالجة Na2SO3 خفضت بشكل كبير محتوى اللجنين من 52.77٪ إلى 17.5٪، تلاها زيادة في محتوى السليلوز والهيميسليلوز. انخفاض نسبة اللجنين هذا تم تأكيده من خلال نتائج تحليل SEM، التي أظهرت سطحًا أكثر تدهورًا وانفتاحًا للكتلة الحيوية في العينات المعالجة مسبقًا، مقارنة بالهيكل السطحي السليم في العينات الضابطة. أظهرت نتائج FT-IR ظهور امتصاص عند رقم الموجة 2926,79 سم-1، مما يشير إلى تعرض مكونات السليلوز والهيميسليلوز. توافر السكر المختزل بعد التحلل الحمضي زاد بشكل ملحوظ في العينات المعالجة مسبقًا، حيث بلغ 4,47 ملغم/مل مقارنة بالعينات غير المعالجة مسبقًا التي بلغت 1,58 ملغم/مل. ومع ذلك، أظهرت نتائج التخمير أن محتوى البيوإيثانول كان أعلى في العينات غير المعالجة مسبقًا حيث بلغ 0,003٪ مقارنة بالعينات المعالجة مسبقًا التي بلغت 0,0006٪. ويعزى ذلك إلى تكوين مركبات مثبطة، مثل HMF وفورفورال أثناء عملية إزالة اللجنين الحرارية، مما يثبط النشاط الأيضي لـ Saccharomyces cerevisiae على الرغم من توفر الركيزة بكميات أكبر. وبالتالي، فإن المعالجة المسبقة بـ Na2SO3 فعالة في زيادة توافر السكر القابل للتخمير من خلال إزالة اللجنين، ولكن يجب التحكم فيها حتى لا تنتج مركبات مثبطة يمكن أن تقلل من كفاءة تخمير البيوإيثانول