hidrolisa enzimatik pada crude palm oil penentuan kondisi operasi

HIDROLISA ENZIMATIK PADA CRUDE PALM OIL
PENENTUAN KONDISI OPERASI,PERMODELAN,DAN
PENENTUAN KOEFISIEN KAPASITAS
Dr.Ir Syaiful.DEA, Wella Hekmuseta , Amrina Hoesadha
Jurusan Teknik Kimia Universitas Sriwijaya
ABSTRAK
Peningkatan nilai guna dan nilai ekonomis dari pengolahan kelapa sawit lebih lanjut berupa
produk-produk oleokimia. Dalam penelitian ini proses hidrolisis minyak menjadi asam lemak
mengunakan variasi temperatur,agitasi,waktu,dan jumlah enzim yang digunakan. Penelitian ini
bertujuan mendapatakan informasi mengenai faktor yang mempengaruhi kondisi operasi,persen
hidrolisa,serta permodelan matematika yang menghubungkan variabel-variabel yang digunakan
dengan persen hidrolisa. Hasil penelitian menunjukan suhu optimum yang diperoleh untuk hidrolisis
400C,semakian tinggi kecepatan pengadukan,maka daerah luar antar fase akan lebih besar yang
memperbesar peluang enzim dan subtrat untuk bersatu lebih besar. Pengaruh konsetrasi enzim sangat
berpengaruh pada massa subrat yang akan dihidrolisa.
Kata Kunci : Hidrolisa enzimatik,Hidrolisa, permodelan
1. PENDAHULUAN
Kelapa sawit merupakan komoditi
nonmigas dengan kuantitas produksi terbesar
di Indonesia. Produksi kelapa sawit
mengalami peningkatan setiap tahunnya,
sehingga saat ini menempati peringkat kedua
di dunia. Hal ini memberikan dampak positif
yang sangat berarti bagi perekonomian
Indonesia, jika peningkatan tersebut diikuti
dengan peningkatan nilai ekonomis melalui
peningkatan nilai daya guna sehingga
menghasilkan produk bernilai jual tinggi.
Untuk itu sudah selayaknya perlu diupayakan
kajian teknologi yang tepat, cepat, dan dengan
tingkat konversi yang tinggi. Alternatif yang
dapat dikembangkan untuk menyiasati
masalah di atas salah satunya adalah dengan
pengolahan kelapa sawit lebih lanjut menjadi
produk-produk oleokimia.
Produksi oleokimia yang telah dilakukan
dalam industri oleokimia adalah melalui
proses termik (menggunakan suhu 250°C dan
tekanan sekitar 50 atm), yaitu melalui proses
pemecahan lemak (fat splitting), esterifikasi,
transesterifikasi, dan hidrogenasi. Proses
tersebut memerlukan energi yang tinggi,
investasi peralatan yang mahal, serta mutu
produk yang dihasilkan tidak terlalu baik,.
Alternatif lain untuk proses termik
tersebut adalah reaksi enzimatik yang
memanfaatkan
enzim
lipase
dari
mikroorganisme sebagai biokatalisator bagi
reaksi penguraian minyak atau lemak. Lemak
dihidrolisis menjadi gliserin dan asam-asam
lemak murni, dimana asam lemak hasil
hidrolisis difraksinasi dengan cara destilasi.
Adapun kelebihan dari proses enzimatik ini
adalah tidak diperlukannya energi tinggi, dan
investasi peralatan tidak mahal. Dewasa ini
penggunaan enzim sebagai biokatalis dalam
proses industri telah banyak dikomersilkan
karena tidak diperlukan energi tinggi, investasi
peralatan tidak mahal, lebih aman terhadap
lingkungan dan produk yang dihasilkan lebih
baik mutunya.
II. FUNDAMENTAL
2.1 Crude Palm Oil
Minyak sawit (crude palm oil) adalah
salah satu jenis trigliserida yang banyak
1
digunakan sebagai bahan baku pembuatan
gliserin dan fatty acid, disamping minyak
sawit inti (crude palm hemel oil) dan minyak
kelapa kopra (crude coconut oil). Masingmasing trigliserida memiliki spesifikasi yang
berbeda dan dapat dipilih sebagai bahan baku
sesuai dengan produk asam lemak yang ingin
dihasilkan.
2.2 Enzim Lipase
Menurut
Judoamidjojo
et
al
(1989),Enzim merupakan katalis biologis yang
dapat melaksanakan berbagai konversi kimia.
Enzim adalah polipeptida (protein) yang
tersusun atas serangkaian asam amino dalam
komposisi yang teratur dan tetap.
Lipase merupakan kelompok enzim
yang secara umum berfungsi dalam hidrolisis
lemak, mono-, di-, dan trigliserida untuk
menghasilkan asam lemak bebas dan gliserol1.
Lipase berfungsi pada interfase air dan minyak
untuk menghidrolisa lemak menjadi fatty acid.
Enzim ini juga digunakan dalam hidrolisis
triasilgliserol
(TAG)
menghasilkan
diasilgliserol (DAG) dan asam lemak bebas2.
DAG adalah ester gliserol dengan dua molekul
asam lemak. DAG digunakan sebagai bahan
pengemulsi dan penstabil produk-produk
makanan, kosmetik,dan farmasi. Lipase
terbukti dapat digunakan sebagai biokatalis
untuk meningkatkan kualitas crude palm oil
(CPO).
Metode penggunaan enzim dalam
industri secara umum terbagi dua :
 Enzim terlarut atau free enzyme
 Enzim tak gerak atau immobilized
enzyme
III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Alat dan Bahan
A.





Peralatan hidrolisis dan analisis
Buret, statif, klem
Erlenmeyer 50 ml, 200 ml
Beker gelas 10 ml
Pipet tetes , pipet ukur
Gelas ukur 100 ml, 50ml





Water batch shaker
Neraca analitis
Waterbath
stirrer
Piknometer
b. Bahan-bahan
 Aquadest
 KOH
 Minyak kelapa sawit
 Indikator PP
 alcohol 97%
 HCl 0,5 N

3.2. Prosedur Penelitian Pendahuluan
Densitas
Piknometer
dibersihkan
kemudian
dipanaskan dalam oven selama 1 jam pada
suhu 100oC setelah didinginkan dalam
desikator selama 15 menit piknometer ini
ditimbang. Bahan
dimasukkan dalam
piknometer dalam hal ini bahan tersebut
adalah CPO . Kemudian ditimbang
beratnya.
3.3. Prosedur Hidrolisis
A.
Prosedur kerja untuk hidrolisis tanpa
enzim (t=0).
1. 10 ml CPO dimasukan ke dalam
erlenmeyer, tambahkan 30 ml air.
2. Sampel harus diaduk merata dan
dalam keadaan cair. Tambahkan
alkohol dengan perbandingan 50
ml akohol panas untuk 28,2 gram
minyak dan 2 ml indikator
phenolphthalein.
3. Titrasi dengan KOH 0,081 N atau
konsntrasi yang telah ditentukan.
B. Prosedur kerja untuk hidrolisis dengan
enzim.
1. 10 ml CPO dimasukan ke dalam
erlenmeyer, tambahkan 30 ml air
dan 10 ml larutan enzim.
2. Campuran tadi dishaker dengan
kecepatan ω rpm di dalam
waterbatch
shaker
dengan
temperature T (°C) dan selama t
jam.
2
3. untuk menjaga reaksi tetap kekanan
maka dilakukan penambahan air 1
ml setiap 1 jam
C. Prosedur kerja untuk pelarutan enzim
1. Panaskan air sampai mencapai suhu
40 -50 ˚C
2. larutkan sejumlah enzim pada air
lalu aduk hingga seluruh enzim
larut.
3. 4.Prosedur Analisa Hasil
a.
Persen Hidrolisis
atau Konversi
fraksional (fennyy subarkah,hal 68)
Persen Hidrolisis didasarkan oleh
jumlah asam lemak bebas yang
terbentuk selama reaksi hidrolisis
berlangsung.
b. Angka penyabunan
Langkah analisanya :
a. Minyak ditimbang 1,5 -5 gram di
dalam erlenmeyer
b. Tambahkan 50 ml KOH 0,5 N
kemudian
didihkan
sampai
minyak tersabun secara sempurna
(30 menit) ditandai dengan tidak
terlihatnya butir – butir minyak
didalam larutan.
c. Titrasi dengan HCl 0,5 N dan
tambahkan indikator PP. titik
titrasi ditandai dengan tepat
hilangnya warna merah muda
misalnya ts ml.
d. Dibuat perlakuan blanko, KOH
mula – mula yang digunakan
dalam
reaksi
penyabunan.
Misalnya tb ml.
c.
Angka Asam
Langkah analisanya :
Minyak sebanyak 10 – 20 gr
ditambahkan 50 ml alkohol netral
95%. Kemudian dipanaskan selama
10 menit sambil diaduk di penangas
air. Dinginkan, kemudian titarsi
dengan KOH 0,1 N dengan
menggunakan indikator PP sampai
tepat warna merah jambu.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembahasan
4.1. Pengaruh Temperatur
Variasi temperatur yng digunakan
300C, 400C,500C. Temperatur optimum untuk
reaksi hidrolisa enzimatik adalah 40 ˚C. Hal
ini sesuai dengan titik leleh CPO yaitu 32,3 ˚C
– 39,0 ˚C (Int. Dept. Palm Oil Proc. Malaysia
Int Sym. Palm Oil Proses Mark 291297),dimana pada suhu tersebut CPO meleleh
sehingga reaksi hidrrolisa enzimatik berada
pada kondisi yang lebih homogen dan banyak
produk yang terbentuk.
Konsentrasi maksimum asam lemak dapat
dilihat pada saat kesetimbangan yaitu 8 jam.
Pengaruh temperatur akan terlihat jelas pada
setiap
selang
waktu
terutama
saat
kesetimbangan.
4.2. Pengaruh Kecepatan Agitasi
Pengaruh kecepatan agitasi ini dipelajari pada
3 taraf kecepatan pengadukan yaitu 100.200
dan 300 rpm pada suhu,massa enzim dan
waktu hidrolisa yang sama. Kecepatan
pengadukan
ini
dapat
mempengaruhi
%hidrolisa secara teori. Kecepatan 300
3
hidrolisanya berkisar pada 31,86 % - 84,15
%,pada 100 rpm persen hidrolisa maksimum
tercapai 57,25 %p sementara 200 rpm tercapai
hingga 63,88 %. Hal ini menunjukan bahwa
Persen Hidrolisa
terbaik berada pada
kecepatan agitasi 300 rpm. yaitu daerah antar
fase,yang merupakan daerah dimana lipase
bekerja.
Semakin
tinggi
kecepatan
pengadukan,maka dihasilkan daerah luas antar
fase yang lebih besar
4.4 Waktu Hidrolisa
4.3 Pengaruh Konsentrasi Enzim Terhadap
Parameter Kinetika
Bila dikaitkan dengan Fenomena di
atas,bahwa semakin sedikit konsentrasi
enzim,maka kemungkinan substrat untuk
terikat dengan enzim semakin kecil,begitu
pula sebaliknya.
Pada penambahan enzim dengan
konsentrasi 0,09 gr,ternyata tidak memberikan
kenaikan % hidrolisis,bahkan menurun
dibandingkan dengan massa enzim 0,06 gr.
Hal ini berarti bahwa penambahan konsentrasi
enzim diatas 0,06 gr tidak efektif lagi. Karena
pada konsentrasi tersebut,jumlah enzim telah
mencukupi. Fenomena ini dapat diperjelas
dengan melihat laju awal hidrolisis terhadap
konsentrasi enzim pada grafik.
Waktu atau lamanya hidrolisa amat penting
untuk dipelajari,karena pada suatu reaksi
kimia akan sangat diinginkan pencapaian
produk sebanyak mungkin namun dengan
waktu yang seminimum mungkin.
Pada kenyataannya waktu 8 jam belum
cukup untuk mencapai kesetimbangan,karena
pada penelitian ini % hidrolisa tertinggi
sebesar 87,339 % secara teori dan 84,15 %
pada percobaan yaitu pada suhu 40 ˚C,300
rpm dan massa enzim 0,06 gr.
V. KESIMPULAN DAN SARAN
V.I. Kesimpulan
 Suhu optimum untuk hidrolisa adalah 40
˚C. Dimana pada suhu tersebut CPO
melelh sehingga reaksi hidrolisa enzimatik
berada pada kondisi yang lebih homogeny
dan produk yang yang banyak terbentuk
 Semakin tinggi maka nilai DAB semakin
bertambah. Namun kenaikan temperature
dapat menurunkan nilai Schmidt number,
4




hal ini disebabkan oleh turunnya harga
viskositas minyak.
Semakin tinggi kecepatan agitasi maka
harga
Reynold
number
semakin
bertambah. Berdasakan persamaan dan
kenaikan harga kecepatan agitasi akan
berbanding lurus dengan koefisien
perpindahan massa (KL) dan koefisien
kapasitas (KL.a)
Semakin lama waktu hidrolisis maka akan
semakin banyak produk asam lemak yang
dihasilkan
karena
reaksi
semakin
mendekati kesetimbanagan.
Sebagai katalis massa enzim sangat
berpengaruh pada laju reaksi, karena
semakin tinggi jumlah substrat maka akan
semakin cepat reaksi mencapai kecepatan
yang tetap.
Model matematika yang mempelajari
hubungan waktu, laju kecepatan reaksi,
dan
koefisien
kapasitas
terhadap
konsentrasi produk adalah :

C A 0 1  e  t  k L a  
 CA 
2  e t k L a  

Erliza Hambali, Siti Mujdalipah ,dkk. 2007.
Teknologi Bioenergi. Jakarta : Agromedia.
Griffin, R.C.1955. Technical Method of
Analysis, Second Edition. Mc.Graw Hill Book
Company. Inc New York
Groggins. Unit Process in Organic Synthesis,
Fifth Edition. Mc.Graw Hill Book Company,
New York.
Indartono, Y.S. “Mengenal Biodiesel :
Karakteristik Produksi”, http : // www.
indeni.org
Ketaren, S. 1986. Pengantar Teknologi Minyak
dan lemak Pangan. Jakarta : Universitas
Indonesia.
Levenspiel, Octave.1972. Chemical Reaction
Engineering, Second Edition. John Wiley
and Sons. Inc Oregon.
Mulyantara, Tri dan Koes Sulistiadji.2006.
Biodiesel, Bahan Bakar Campuran Ramah
Lingkungan. www.Balipost.com, 2006.
V.2. Saran
o Penelitian selanjutnya yang berhubungan
dengan reaksi enzimatik, diharapkan
meneliti pengaruh ratio pemakaian substrta
terhadap massa enzim yang digunakan
o Penelitian selanjutnya diharapkan dapat
menghitung laju reaksi dengan persamaan
michaelis menten
o Disarankan melanjutkan penelitian ini
dengan permodelan yang sama namun
dengan menggunakan metode imobilisasi
enzim.
Pasaribu, Nurhida 2004. Minyak Buah Kelapa
Sawit dalam www. Article.co.id
DAFTAR PUSTAKA
Direktorat Jenderal Listrik dan Pemanfaatan
Energi, 2006. Ketersediaan Energi
Fosil di Indonesia. Jakarta.
Edo Sumarendra, Roy Hendroko.
Menghasilkan Biodiesel
Jakarta : Agromedia
2006.
Murah.
5