Evaluasi Perlakuan Pendahuluan Menggunakan Kalsium Hidroksida untuk Biokonversi Jerami Padi Menjadi L-Asam Laktat oleh Rhizopus oryzae AT3

Abstract

L-lactic acid can be used as a precursor of polylactic acid (PLA). PLA is a biodegradable biomaterial commonly used for biodegradable plastics. Lactic acid can be produced from lignocelluloses materials such as rice straw. Rice straw is composed of cellulose and hemicellulose that can be hydrolyzed to fermentable sugar by cellulolytic and hemicellulolytic enzymes then converted to L-lactic acid by Rhizopus oryzae. As most cellulose and hemicellulose present in lignocellulose biomass are not readily accessible for these enzyme, pretreatment is required to alter the structure of lignocellulose substrates. This research aimed to investigate the effect of lime pretreatment on rice straw bioconversion to L-lactic acid by Rhizopus oryzae AT3. Rice straw was pretreated with lime (Ca(OH)₂) at 85 °C for 16 hours. Unpretreated and pretreated rice straw were hydrolyzed using crude enzyme that produced by Trichoderma reesei Pk1J2. Enzyme production was carried out by solid state fermentation using rice straw and rice brand as substrate. Enzymatic hydrolysis was carried out in flasks. Each flask was added with unpretreated or pretreated rice straw, buffer citrate solution and crude enzyme then hydrolyzed for 0-96 hours. Hydrolysate was fermented by Rhizopus oryzae AT3 for 0-6 days by using adsorbed carrier solid-state fermentation method with polyurethane foam as inert support material. Lime pretreatment at 85 °C for 16 hour led to significant solubilisation of lignin and hemicellulose. It involved lignocellulose structure modified that enhance enzymatic hydrolysis and resulted higher reducing sugars than unpretreated rice straw. The high reducing sugars was not related to high lactic acid yields. Fermentation of pretreated rice straw hydrolysate by Rhizopus oryzae AT3 did not only produce L-lactic acid but also other compound. On the other hand, fermentation of unpretreated rice straw hydrolysate only produced L-lactic acid.

ABSTRAK

Polimerisasi asam laktat menjadi polylactic acid untuk menghasilkan biodegradable plastic membutuhkan asam laktat dengan isomer spesifik. Rhizopus oryzae adalah mikroorganisme yang spesifik menghasilkan L-asam laktat. Selain itu Rhizopus oryzae dapat menggunakan limbah pertanian seperti jerami padi sebagai substrat. Komponen utama jerami padi merupakan lignoselulosa yang dapat dihidrolisa secara enzimatis menjadi komponen gula sederhana penyusunnya dan selanjutnya dapat dikonversi menjadi L-asam laktat oleh Rhizopus oryzae. Namun struktur lignoselulosa sangat kompak dan rapat, sulit untuk dihidrolisa secara enzimatis sehingga diperlukan adanya perlakuan pendahuluan untuk merombak struktur lignoselulosa agar mudah dihidrolisa. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perlakuan pendahuluan menggunakan kalsium hidroksida (Ca(OH)₂) terhadap biokonversi jerami padi menjadi L-asam laktat oleh Rhizopus oryzae AT3. Perlakuan pendahuluan pada jerami padi dilakukan menggunakan (Ca(OH)₂) disertai pemanasan suhu 85 °C selama 16 jam. Jerami padi dengan dan tanpa perlakuan pendahuluan dihidrolisa secara enzimatis menggunakan crude enzyme yang diproduksi oleh Trichoderma reesei Pk1J2. Produksi crude enzyme dilakukan dengan fermentasi substrat padat dengan campuran jerami padi dan dedak sebagai substrat. Hidrolisat jerami padi dengan dan tanpa perlakuan pendahuluan selanjutnya difermentasi oleh Rhizopus oryzae AT3 menggunakan metode adsorbed carrier solid state fermentation dengan polyurethane foam (PUF) sebagai bahan pendukung. Perlakuan pendahuluan menggunakan Ca(OH₂) disertai pemanasan suhu 85 °C selama 16 jam dapat merubah komposisi lignoselulosa jerami padi yaitu dengan melarutkan lignin dan hemiselulosa. Perubahan komposisi lignoselulosa memudahkan kerja crude enzyme dalam menghidrolisa jerami padi sehingga menghasilkan gula reduksi lebih tinggi dibandingkan jerami padi tanpa perlakuan pendahuluan. Tingginya gula reduksi tidak serta merta meningkatkan yield L-asam laktat yang dihasilkan. Fermentasi hidrolisat jerami padi dengan perlakuan pendahuluan oleh Rhizopus oryzae AT3 menghasilkan yield L-asam laktat lebih rendah dibandingkan hidrolisat jerami padi tanpa perlakuan pendahuluan. Namun pada jerami padi dengan perlakuan pendahuluan dihasilkan senyawa lain selain asam laktat.