hidrolisa enzimatik pada crude palm oil penentuan kondisi operasi

HIDROLISA ENZIMATIK PADA CRUDE PALM OIL
PENENTUAN KONDISI OPERASI, PERMODELAN,
DAN PENENTUAN KOEFISIEN KAPASITAS
Syaiful, Wella Hekmuseta, Amrina Hoesadha
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik
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
fariasi 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 fariabel-fariabel 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
I.
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
Jurnal Teknik Kimia, No. 1, Vol. 17, Januari 2010
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. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Crude Palm Oil
Minyak sawit (crude palm oil) adalah
salah satu jenis trigliserida yang banyak
digunakan sebagai bahan baku pembuatan
gliserin dan fatty acid, disamping minyak sawit
inti (crude palm hemel oil) dan minyak kelapa
kopra (crude coconut oil). Masing-masing
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
23
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 gliserol 1. 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 bebas 2. 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
3.1.1 Alat
1) Buret, statif, klem
2) Erlenmeyer 50 ml, 200 ml
3) Beker gelas 10 ml
4) Pipet tetes , pipet ukur
5) Gelas ukur 100 ml, 50ml
6) Water batch shaker
7) Neraca analitis
8) Waterbath
9) Stirrer
10) Piknometer
3.1.1 Bahan
1) Aquadest
2) KOH
3) Minyak kelapa sawit
4) Indikator PP
5) Alcohol 97%
6) HCl 0,5 N
3.2 Prosedur Penelitian
A. Tahap Persiapan
Tahap Persiapan dimulai dengan menghitung
densitas bahan. 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.
24
B. Tahap Percobaan
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.
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.
d) Prosedur Analisa Hasil
1. Persen Hidrolisis
atau Konversi
fraksional (fennyy subarkah, hal 68)
Persen Hidrolisis didasarkan oleh
jumlah asam lemak bebas yang
terbentuk selama reaksi hidrolisis
berlangsung.
2. Angka penyabunan
Langkah analisanya :
• Minyak ditimbang 1,5 -5 gram di
dalam erlenmeyer
• 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.
• Titrasi dengan HCl 0,5 N dan
tambahkan indikator PP. titik
titrasi ditandai dengan tepat
hilangnya warna merah muda
misalnya ts ml.
• Dibuat perlakuan blanko, KOH
mula–mula yang digunakan dalam
Jurnal Teknik Kimia, No. 1, Vol. 17, Januari 2010
3.
reaksi penyabunan. Misalnya tb ml.
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.
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
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengaruh Temperatur
Variasi temperatur yng digunakan 300C,
0
40 C,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 291-297),dimana pada suhu tersebut
CPO meleleh sehingga reaksi hidrrolisa enzimatik
berada pada kondisi yang lebih homogen dan banyak
produk yang terbentuk.
4.3 Pengaruh Konsentrasi Enzim terhadap
Parameter Kinetika
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 hidrolisanya berkisar pada 31,86 % - 84,15
%,pada 100 rpm persen hidrolisa maksimum tercapai
Jurnal Teknik Kimia, No. 1, Vol. 17, Januari 2010
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.
25
4.
5.
6.
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 A0 1 − e −t (k L a −α )
∗ CA =
2 − e −t (k L a −α )
4.4 Waktu Hidrolisa
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
5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang didapat dari penelitian ini
antara lain:
1. 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
2. Semakin tinggi maka nilai DAB semakin
bertambah. Namun kenaikan temperature dapat
menurunkan nilai Schmidt number, hal ini
disebabkan oleh turunnya harga viskositas
minyak.
3. Semakin tinggi kecepatan agitasi maka harga
Reynold
number
semakin
bertambah.
Berdasakan persamaan dan kenaikan harga
kecepatan agitasi akan berbanding lurus dengan
26
)
5.2 Saran
1. Penelitian selanjutnya yang berhubungan
dengan reaksi enzimatik, diharapkan
meneliti pengaruh ratio pemakaian
substrta terhadap massa enzim yang
digunakan
2. Penelitian selanjutnya diharapkan dapat
menghitung laju reaksi dengan persamaan
michaelis menten
3. Disarankan melanjutkan penelitian ini
dengan permodelan yang sama namun
dengan menggunakan metode imobilisasi
enzim.
VI. DAFTAR PUSTAKA
Direktorat Jenderal Listrik dan Pemanfaatan
Energi, 2006. Ketersediaan Energi Fosil
di Indonesia. Jakarta.
Edo Sumarendra, Roy Hendroko.
2006.
Menghasilkan Biodiesel Murah. Jakarta :
Agromedia
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
Jurnal Teknik Kimia, No. 1, Vol. 17, Januari 2010
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.
Pasaribu, Nurhida 2004. Minyak Buah Kelapa Sawit
dalam www. Article.co.id
Jurnal Teknik Kimia, No. 1, Vol. 17, Januari 2010
27