SINTESIS MONO-DIASILGLISEROL ( M-DAG ) DARI DESTILAT ASAM LEMAK MINYAK SAWIT (DALMS) MELALUI ESTERIFIKASI ENZIMATIS FARIDA NURAENI

Transkripsi

1 SINTESIS MONO-DIASILGLISEROL ( M-DAG ) DARI DESTILAT ASAM LEMAK MINYAK SAWIT (DALMS) MELALUI ESTERIFIKASI ENZIMATIS FARIDA NURAENI SEKOLAH PASCA SARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008

2 2 PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul Sintesis Mono- Diasilgliserol (M-DAG) Dari Destilat Asam Lemak Minyak Sawit (DALMS) Melalui Esterifikasi Enzimatis adalah karya sendiri dibawah bimbingan dan arahan Dr.Ir. Nuri Andarwulan, MS dan Dr. Tri Haryati, MS dan belum pernah diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain, telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan pada daftar pustaka di bagian akhir tesis ini. Bogor, November 2008 Farida Nuraeni

3 3 ABSTRACT FARIDA NURAENI. The Syntheses of Mono-diacylglycerol (M-DAG) from Palm Fatty Acid Destilate (PFAD) by Enzymatic Esterification. Under the guidance of NURI ANDARWULAN as the Chairlady and TRI HARYATI as member of the advisory committee. Mono-diacylglycerol (M-DAG) are emulsifiers in food industries with GRAS (Generally recognized as safe) statuta. M-DAG can be synthesized by chemical or enzymatic way. Biosyntheses of M-DAG can be catalyzed by lipase enzyme with three ways; esterification fatty acid with glycerol, hydrolysis triglicerida and transesterification. The objectives of this research was to look for the optimum conditions (solvent, time and temperature reaction) to syntheses of M-DAG by enzymatic esterification of PFAD (Palm Fatty Acid Destilate) and glycerol using lipase. Substrat ratio of PFAD: glycerol in this research was 2 : 3 with 1g of total mass and 4% of lipase from total substrat. This research used a central composite design (CCD) with 20 unit experiments and respon surface model to evaluated the effects of solvent, time and temperature reaction to syntheses of M-DAG. The product of M-DAG were evaluated the physicochemical properties including melting point, free fatty acid and iodine value. The result showed that optimum conditions to syntheses of M-DAG for yield parameter were 54 o C, 14 hours and 11 ml of tertier-butanol as solvent and were chosen as optimum conditions for syntheses of M-DAG due to the maximal yield (58%) and high MAG fraction. From statistic analysis, yield parameter model has significantly affected (P= 0,0449< 0,1) and had high coefficient of correlation (r = 0,8591). The verification of the optimum conditions had coefficient of varian 6,66% and 51,66% for yield, which consist of 78,31% with coefficient of varian 8,70% for MAG fraction and 21,69% for DAG fraction with coefficient of varian 31,6%. The melting point of M-DAG was 57,0-62,5 o C, free fatty acid content was 0,75% and iodine value was 16,7. Key words : PFAD, esterification, enzymatic, M-DAG

4 4 RINGKASAN FARIDA NURAENI. Sintesis Mono-diasilgliserol (M-DAG) Dari Destilat Asam Lemak Minyak Sawit (DALMS) Melalui Esterifikasi Enzimatis. Dibimbing oleh NURI ANDARWULAN dan TRI HARYATI. Campuran Mono-diasilgliserol (M-DAG) merupakan emulsifier yang paling banyak digunakan dalam industri pangan yaitu sekitar 70% dari penggunaan emulsifier dengan status GRAS (generally recognized as safe) atau aman untuk dikonsumsi. Campuran M-DAG dapat disintesis secara kimia atau enzimatis. Sintesis M-DAG dapat dikatalisa oleh enzim lipase melalui tiga cara yaitu esterifikasi antara asam lemak dan gliserol, hidrolisis trigliserida dan transesterifikasi yaitu reaksi transfer asil antara ester asam lemak atau minyak dengan alkohol seperti etanolisis atau gliserolisis. Penelitian ini mempelajari kondisi optimum yang meliputi suhu reaksi, waktu reaksi dan volume pelarut tertier-butanol pada sintesis M-DAG secara esterifikasi enzimatis antara distilat asam lemak minyak sawit (DALMS) dan gliserol menggunakan enzim lipase. Pada penelitian ini perbandingan DALMS : Gliserol adalah 2:3 dengan berat total 1 gram dan enzim lipase sebesar 4% dari total substrat (DALMS dan gliserol). Rancangan penelitian yang digunakan adalah Central Composite Design (CCD) dengan 20 unit percobaan. Model permukaan tanggap (respon surface) digunakan untuk melihat pengaruh volume pelarut, waktu reaksi dan suhu reaksi esterifikasi pada jumlah produk M-DAG yang dihasilkan. Setelah itu produk M- DAG dikarakterisasi sifat fisikokimianya yang meliputi titik leleh, kadar asam lemak bebas dan bilangan iodin. Dari hasil penelitian diperoleh kondisi optimum untuk parameter rendemen yaitu suhu reaksi 54º C, waktu reaksi 14 jam dan volume pelarut tertierbutanol 11 ml. Kondisi optimum ini dipilih sebagai kondisi optimum proses sintesis M-DAG karena kondisi optimum ini selain dapat menghasilkan rendemen yang maksimal yaitu 58%, juga akan menghasilkan fraksi MAG yang tinggi yaitu 96,6% jika diterapkan pada model persamaan untuk fraksi MAG. Dari analisis data permukaan tanggap, model persamaan untuk parameter rendemen juga memiliki hasil yang berbeda nyata yaitu P = 0,0449< 0,1 dengan nilai koefisien korelasi r = 0,8591. Kondisi optimum ini juga sudah dilakukan verifikasi dengan empat kali ulangan dengan nilai coefficient of varian sebesar 6,66% dengan rendemen 51,66%, fraksi MAG 78,31% dengan coefficient of varian 8,75% dan fraksi DAG 21,69% dengan coefficient of varian 31,6%. Dengan menggunakan nilai coefficient of varian maksimal 15% maka data verifikasi menunjukkan hasil yang cukup baik untuk parameter rendemen dan kandungan fraksi MAGnya. Hasil karakterisasi sifat fisikokimia produk M-DAG adalah titik leleh 57º C- 62,5º C, kadar asam lemak bebas 0,7486% dan bilangan iodin 16,7. Kata kunci : DALMS, esterifikasi, enzimatis, M-DAG

5 5 Hak cipta milik IPB, tahun 2008 Hak cipta dilindungi Undang-undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber. a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilniah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah. b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB.

6 6 SINTESIS MONO-DIASILGLISEROL ( M-DAG ) DARI DESTILAT ASAM LEMAK MINYAK SAWIT (DALMS) MELALUI ESTERIFIKASI ENZIMATIS FARIDA NURAENI Tesis Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Ilmu Pangan SEKOLAH PASCA SARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008

7 7 LEMBAR PENGESAHAN Judul Tesis Nama NIM : Sintesis Mono-diasilgliserol (M-DAG) dari Destilat Asam Lemak Minyak Sawit (DALMS) Melalui Esterifikasi Enzimatis. : Farida Nuraeni : F Disetujui Komisi Pembimbing Dr.Ir. Nuri Andarwulan, MSi Ketua Dr. Tri Haryati, MS Anggota Diketahui Ketua Program Studi Ilmu Pangan Dekan Sekolah Pascasarjana Dr. Ir. Ratih Dewanti H, MSc Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS Tanggal ujian : 17 Oktober 2008 Tanggal lulus :

8 8 PRAKATA Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kasih atas segala rahmat dan karunianya sehingga tesis ini dapat terselesaikan. Tesis ini berjudul Sintesis Mono-diasilgliserol (M-DAG) Dari Destilat Asam Lemak Minyak Sawit (DALMS) Melalui Esterifikasi Enzimatis, sebagai salah satu syarat untuk penyelesaian studi pada Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1. Ibu Dr.Ir. Nuri Andarwulan, MSi dan Ibu Dr.Tri Haryati, MS., selaku pembimbing atas segala bimbingan, saran dan arahannya. 2. Ibu Dr. Ir. Dede Robiatul Adawiyah, Msi selaku dosen penguji diluar komisi pembimbing yang telah memberikan masukan dan saran untuk menyempurnakan tesis ini. 3. Kementrian Riset dan Teknologi Republik Indonesia atas pendanaan yang diberikan pada penelitian ini melalui program Riset Unggulan Strategis Nasional (RUSNAS) Industri Hilir Kelapa Sawit. 4. Rektor Universitas Pakuan Bogor yang telah memberikan izin dan kesempatan kepada penulis untuk mengikuti pendidikan di PPS-IPB. 5. Pimpinan proyek BPPS Ditjen Dikti Depdiknas yang telah memberi beasiswa program pascasarjana kepada penulis. 6. Staf laboratorium Southeast Asia Food and Agricultural Science and Technology Center (SEAFAST Center) IPB atas bantuan dan kerjasamanya selama penelitian. 7. Suami dan anak-anak tercinta (Ir. Hendrico Walla, Christopher, Eunike dan Cassandra) yang selalu memberi semangat, dorongan serta penghiburan dengan keriangan manakala penulis merasa lelah, jenuh dan kehilangan semangat hingga terselesaikannya tesis ini. 8. Bapak dan Ibu tersayang yang senantiasa menyebut nama penulis dalam setiap doa syafaatnya serta selalu memberikan nasihat dan dorongan manakala penulis didera rasa gundah. 9. Ketua, pengajar dan pegawai Administrasi program Studi Ilmu Pangan IPB yang telah memberikan perhatian, mengajar dan memberikan

9 9 pelayanan administrasi dan akademik kepada penulis selama kuliah di IPB. Akhirnya dengan segala kerendahan hati penulis persembahkan karya tulis ini kepada para pembaca dengan harapan dapat bermanfaat bagi dunia ilmu pengetahuan. Bogor, November 2008 Farida Nuraeni

10 10 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan sebagai putri pertama dari pasangan Bapak Danang Sukamto dan Ibu Sri Rahayu di Sukoharjo pada tanggal 19 Januari Pada tahun 1990 penulis menyelesaikan sekolah menengah tingkat atas di SMA negeri I Surakarta dan pada tahun 1995 berhasil lulus dari Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam (MIPA) jurusan kimia di Universitas Brawijaya Malang. Pada tahun 2004 penulis mendapat kesempatan mengambil studi S2 pada program studi Ilmu Pangan IPB dengan sponsor dari BPPS-Dikti. Penulis pernah bekerja sebagai asisten dosen pada Akademi Kimia Analis Bogor pada tahun 1995 sampai 1997 dan pada tahun 1997 sampai sekarang penulis aktif sebagai dosen tetap pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) jurusan Kimia di Universitas Pakuan Bogor.

11 11 DAFTAR ISI Halaman ABSTRACT i RINGKASAN ii DAFTAR ISI iii DAFTAR TABEL iv DAFTAR GAMBAR v DAFTAR LAMPIRAN vi PENDAHULUAN 1 Latar Belakang 1 Tujuan Penelitian 3 Hipotesa 3 TINJAUAN PUSTAKA 4 Destilat Asam Lemak Minyak Sawit. 4 Enzim Lipase 7 Gliserol 9 Emulsifier M-DAG 10 Reaksi Esterifikasi 12 Peranan Pelarut Dalam Sintesis M-DAG 15 BAHAN DAN METODE 18 Tempat dan Waktu 18 Bahan dan Alat 18 Metode 18 Rancangan Penelitian 25 HASIL DAN PEMBAHASAN 26 Karakteristik Fisikokimia DALMS 26 Penentuan Jumlah Pelarut Dalam Sintesis M-DAG 26 Optimasi Sintesis M-DAG 28 Verifikasi Kondisi Optimum Sintesis M-DAG 35 Karakterisasi Produk M-DAG 39 KESIMPULAN DAN SARAN 45 DAFTAR PUSTAKA 47

12 12 DAFTAR TABEL Halaman 1. Produksi minyak sawit dan destilat asam lemak minyak sawit (DALMS) tahun * Komposisi asam lemak destilat asam lemak minyak sawit (DALMS) dari beberapa peneliti Kegunaan emulsifier M-DAG pada produk pangan Perbandingan hasil reaksi sintesis M-DAG secara enzimatis berbahan dasar DALMS dari beberapa peneliti Perlakuan dan kode perlakuan pada penelitian Rancangan percobaan dengan pengkodean Setting perlakuan pada penelitian berdasarkan Central Composite Design Rekapitulasi persamaan hasil analisis permukaan tanggap terhadap parameter rendemen, jumlah fraksi MAG dan DAG pada kondisi optimum Data hasil verifikasi kondisi optimum sintesis M-DAG Hasil analisa kuantitatif produk M-DAG hasil sintesis dengan kondisi optimum terpilih Karakter fisikokimia bahan baku (DALMS), produk M-DAG dan M-DAG komersial. 43

13 13 DAFTAR GAMBAR Halaman 1. Mekanisme reaksi hidrolisis 5 2. Reaksi lipase dengan substrat trigliserida 7 3 Struktur molekul monodiasilgliserol (MAG), diasilgliserol (DAG) dan triasilgliserol (TAG) Skema reaksi esterifikasi Reaksi esterifikasi satu molekul asam lemak dengan satu struktur molekul gliserol Skema proses esterifikasi DALMS Histogram rendemen produk kristalisasi menggunakan pelarut heksana pada berbagai volume Kromatogram KLT produk sintesis M-DAG pada perlakuan 1-11 dalam Central Composite Design Kromatogram KLT produk sintesis M-DAG pada perlakuan dalam Central Composite Design Permukaan tanggap terhadap nilai rendemen dengan waktu reaksi 14 jam pada berbagai perlakuan volume pelarut dan suhu reaksi sintesis M-DAG Permukaan tanggap terhadap fraksi monoasilgliserol dengan waktu reaksi 17 jam pada berbagai perlakuan volume pelarut dan suhu reaksi sintesis M-DAG Permukaan tanggap terhadap fraksi diasilgliserol dengan waktu reaksi 19 jam pada berbagai perlakuan volume pelarut dan suhu reaksi sintesis M-DAG Profil kromatogram KLT produk M-DAG hasil verifikasi Profil kromatogram kromatografi gas produk M-DAG hasil sintesis dengan kondisi optimum terpilih. 40

14 14 DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1. Rendemen produk sintesis M-DAG pada berbagai perlakuan waktu dan volume pelarut tertier-butanol Rendemen produk kristalisasi menggunakan pelarut heksan pada berbagai volume Hasil optimasi sintesis M-DAG dengan rancangan Central Composite Design Hasil uji metode permukaan tanggap untuk parameter rendemen dengan menggunakan software SAS v Hasil uji metode permukaan tanggap untuk parameter MAG dengan menggunakan software SAS v Hasil uji metode permukaan tanggap untuk parameter DAG dengan menggunakan software SAS v Skema proses penelitian Foto produk M-DAG hasil sintesis Perhitungan berat produk M-DAG dari esterifikasi DALMS secara teoritis Data karakterisasi sifat fisikokimia DALMS Data karakterisasi sifat fisikokimia produk M-DAG hasil sintesis dengan kondisi optimum terpilih Data penelitian pendahuluan untuk menentukan waktu reaksi yang digunakan untuk menentuan volume pelarut tertier-butanol dan heksan. 70

15 15 PENDAHULUAN Latar Belakang Campuran mono-diasilgliserol (M-DAG) merupakan emulsifier yang paling banyak digunakan dalam industri pangan (Artz 1990; Igoe dan Hui 1996), yaitu sekitar 70% dari penggunaan emulsifier dan pernah mencapai 80% pada tahun 1984 (Kamel 1991 dan O Brien 1998). Menurut Kamel (1991) dan Zielinski (1997), M-DAG adalah emulsifier yang paling banyak digunakan dengan status GRAS (generally recognized as safe) atau aman untuk dikonsumsi. Campuran M-DAG dapat diperoleh dengan dua teknik, yaitu dengan cara kimia dan enzimatis. Proses produksi menggunakan katalis kimia adalah dengan cara gliserolisis minyak atau lemak pada suhu tinggi yaitu o C. Proses ini memerlukan konsumsi energi yang besar untuk mencapai kondisi suhu reaksi yang tinggi, selain itu penggunaan suhu yang tinggi menyebabkan produk berwarna gelap dengan flavor menyimpang (Berger dan Scheneider 1992; Bornscheuer 1995; Mc Neil dan Sonnet 1995). Proses produksi campuran M- DAG dengan katalis kimia juga memerlukan gliserol dalam jumlah yang sangat berlebih (Mc Neil dan Sonnet 1995). Produk campuran M-DAG yang dihasilkan dengan katalis kimia juga memiliki keragaman posisi asil yang lebih besar, karena gugus asil terdistribusi secara acak sehingga produk M-DAG yang dihasilkan kurang spesifik. Untuk mengatasi kekurangan-kekurangan tersebut diatas dikembangkan sintesis campuran M-DAG secara enzimatis. Sintesis M-DAG dapat dikatalisa oleh enzim lipase melalui tiga cara yaitu esterifikasi, hidrolisis dan transesterifikasi (Garcia et al. 1996). Pada penelitian ini emulsifier M-DAG disintesis dengan cara esterifikasi yaitu mereaksikan destilat asam lemak minyak sawit (DALMS) dan gliserol menggunakan katalis enzim lipase. DALMS merupakan produk samping dari proses pemurnian minyak sawit kasar yaitu sekitar 3-3,7% dari minyak sawit kasar yang dimurnikan (Gapor et al. 1992). Produksi minyak sawit kasar di Indonesia pada tahun 2005 sekitar 19,3 juta ton, tahun 2006 mencapai 21,7 juta ton dan pada tahun 2007 diperkirakan

16 16 mencapai 23,3 juta ton, tahun 2008 diperkirakan 25,3 juta ton, tahun 2009 diperkirakan 27,5 juta ton dan pada tahun 2010 diperkirakan mencapai 29,7 juta ton (Ditjen Perkebunan 2007). Jumlah DALMS diperkirakan meningkat dengan semakin banyaknya produksi minyak sawit di Indonesia pada tahun-tahun mendatang. Gapor et al. (1992) juga menyatakan bahwa DALMS banyak mengandung asam lemak bebas yaitu sebesar 80% dengan komposisi terbesar asam lemak palmitat dan asam lemak oleat sehingga dapat dimanfaatkan sebagai sumber asam lemak untuk pembuatan emulsifier M-DAG melalui reaksi esterifikasi dengan gliserol secara enzimatis. Emulsifier M-DAG banyak digunakan sebagai penstabil emulsi pada produk pangan dan non pangan, seperti farmasi dan kosmetik. Molekul MAG tersusun oleh satu rantai asil lemak yang diesterifikasikan pada molekul gliserol, sedangkan DAG memiliki dua rantai asil lemak. Gugus hidroksil bebas bersifat hidrofilik yang dapat berikatan dengan air, sedangkan asam lemak sebagai gugus teresterifikasi merupakan gugus lipofilik yang dapat berinteraksi dengan fase minyak atau lemak, oleh karena itu MAG dan DAG bersifat sebagai bahan surface active (surfaktan) dan dapat digunakan sebagai emulsifier. Pada saat ini di Indonesia DALMS hanya digunakan sebagai bahan baku pembuatan sabun atau diekspor ke mancanegara untuk pembuatan kosmetik. Pada penelitian ini diharapkan dapat diproduksi campuran M-DAG yang lebih spesifik yaitu mengandung gliserol monopalmitat atau gliserol monooleat dengan gugus asil pada posisi 1 atau 3 yang merupakan bentuk paling aktif menurut sifat fungsionalnya dan gliserol dipalmitat atau gliserol dioleat dengan gugus asil pada posisi 1 dan 3 (Kamel 1991). Oleh karena itu, pengembangan penggunaan DALMS sebagai bahan baku produksi emulsifier M-DAG diharapkan dapat memberikan nilai tambah dan dalam jangka panjang emulsifier ini juga diharapkan dapat menggantikan emulsifier komersial yang selama ini digunakan oleh industri- industri di Indonesia dan masih berstatus barang impor.

17 17 Tujuan Penelitian Penelitian ini dimaksudkan untuk mendapatkan kondisi optimum sintesis M-DAG dengan esterifikasi DALMS dan gliserol secara enzimatis menggunakan enzim lipase. Hipotesa Esterifikasi DALMS dan gliserol secara enzimatis menggunakan enzim lipase dapat menghasilkan M-DAG yang optimum baik dari jumlah rendemen maupun kandungan MAGnya.

18 18 TINJAUAN PUSTAKA Destilat Asam Lemak Minyak Sawit (DALMS) Destilat asam lemak minyak sawit (DALMS) atau Palm Fatty Acid Destilate (PFAD) merupakan produk samping proses pemurnian minyak sawit dalam industri minyak goreng. Tahapan proses pemurnian minyak adalah pemisahan gum (degumming), pemisahan asam lemak bebas (deasifikasi/ netralisasi), pemucatan (bleaching) dan penghilangan bau (deodorasi). Proses degumming perlu dilakukan sebelum proses netralisasi, sebab sabun yang terbentuk dari hasil reaksi antara asam lemak bebas dan alkali pada proses netralisasi akan menyerap gum (getah dan lendir) sehingga menghambat proses pemisahan sabun dari minyak (Ketaren 2005). Deasifikasi atau netralisasi merupakan proses pemisahan asam lemak bebas dalam minyak, yang dapat dilakukan dengan metode kimia, fisik, biologis, reesterifikasi, ekstraksi pelarut, supercritical fluid extraction dan teknologi membran. Deasifikasi secara kimia dilakukan dengan cara mereaksikan asam lemak bebas dengan basa sehingga membentuk sabun. Basa yang biasa digunakan adalah NaOH, proses ini dikenal dengan istilah caustic deacidification (Bhosle 2004). Bleaching merupakan salah satu tahapan proses pemurnian minyak yang bertujuan untuk menghilangkan zat warna, dilakukan dengan mencampur minyak dengan sejumlah kecil adsorben seperti tanah serap (fuller earth), lempung aktif (activated clay) dan arang aktif (Ketaren 2005). Deodorasi dilakukan untuk memisahkan rasa dan bau dari minyak, prinsip dari proses deodorasi yaitu destilasi minyak oleh uap dalam keadaan hampa udara. Pada suhu tinggi, komponen-komponen yang menimbulkan bau mudah diuapkan kemudian melalui aliran uap komponen tersebut dipisahkan dari minyak. Komponen-komponen yang dapat menimbulkan rasa dan bau dari minyak antara lain asam lemak bebas, aldehida, keton, hidrokarbon dan minyak essensia (Djadmiko dan Widjaja 1985). Deodorisasi dilakukan dengan cara menguapkan komponen-komponen volatil, proses ini dilakukan secara kontinu pada suhu o C dalam keadaan vakum 1-2 tor (Siswanto 2000). Pada proses deodorasi ini destilat asam lemak minyak sawit dihasilkan. Pemisahan asam lemak bebas

19 19 penting dilakukan di industri minyak goreng karena kandungan asam lemak bebas yang tinggi pada minyak akan menyebabkan minyak mudah teroksidasi dan menyebabkan rendahnya titik asap. Titik asap yang rendah mengakibatkan minyak tidak dapat dipergunakan pada suhu tinggi, sehingga fungsi minyak sebagai media penghantar panas tidak tercapai. Menurut Gapor et al. (1992) pada produksi minyak kelapa sawit akan menghasilkan produk samping destilat asam lemak sawit sebesar 3-3,7 % w/w dari minyak sawit kasar. Pembentukan asam lemak bebas pada minyak sawit kasar merupakan suatu kerusakan yang disebabkan oleh reaksi hidrolisis, mekanisme reaksi hidrolisis dapat dilihat pada Gambar 1. Pada saat ini sebagian besar DALMS baru dimanfaatkan untuk bahan pembuatan sabun yang bernilai ekonomi rendah. Produksi minyak sawit kasar Indonesia pada tahun a dan perkiraan jumlah DALMS yang dihasilkan dapat dilihat pada Tabel 1. Gambar 1 Mekanisme reaksi hidrolisis (Ketaren 2005) Tabel 1 Produksi minyak sawit kasar dan DALMS tahun a Tahun a b 2008 b 2009 b 2010 b Total produksi minyak sawit kasar (ton) a Perkiraan jumlah DALMS (ton) c a Sumber : Ditjen Perkebunan (2007) b Perkiraan oleh Ditjen Perkebunan c Perkiraan dengan asumsi DALMS = 3% dari jumlah minyak sawit kasar

20 20 DALMS mengandung asam lemak bebas sekitar 80% terutama dari jenis asam lemak palmitat dan oleat, 14.5% asilgliserol (campuran mono, di, dan triasilgliserol), 0.4% sterol (β-sitosterol, stigmasterol dan kolesterol) serta 1.5% hidrokarbon (squalen). Asam lemak bebas merupakan salah satu faktor penentu mutu minyak sawit dan juga merupakan salah satu indikator dalam kerusakan minyak. Asam lemak bebas dalam minyak tidak dikehendaki karena degradasi asam lemak bebas tersebut menghasilkan rasa dan bau yang tidak disukai, oleh karena itu dalam pengolahan minyak diupayakan kandungan asam lemak bebas serendah mungkin (Ketaren 2005). Asam lemak bebas yang terdapat pada DALMS dapat diolah lebih lanjut melalui reaksi esterifikasi dengan gliserol dan katalis lipase untuk menghasilkan monoasilgliserol dan diasilgliserol, selanjutnya monoasilgliserol dan diasilgliserol dapat dipergunakan sebagai emulsifier pada produk pangan atau non pangan seperti kosmetik dan obat-obatan (Elizabeth dan Boyle 1997). Komposisi asam lemak DALMS hasil penelitian terdahulu dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2 Komposisi asam lemak DALMS yang digunakan sebagai substrat esterifikasi enzimatis dari beberapa peneliti Asam Nama asam BM Jumlah (% ) a Jumlah (%) b lemak lemak C8 : 0 Kaprilat C10: 0 C12 :0 C14: 0 C16: 0 C16: 1 C18: 0 C18: 1 C18: 2 C18: 3 C20: 0 C20: 1 C24:0 Dekanoat Laurat Miristat Palmitat Palmitoleat Stearat Oleat Linoleat Linolenat Arakidonat Lignocerat ,050 0,546 1,536 54,276 0,204 3,724 30,335 8,382 0,249 0,186 0,380 0,132-0,15 0,15 47,58 0,19 5,14 34,75 10,35 0,38 0, a Sumber : Christina (2000) b Sumber :Atmaja (2000)

21 21 Enzim Lipase Lipase (EC ; triasil gliserol hidrolase) merupakan enzim yang sangat fleksibel karena lipase tidak hanya dapat mengkatalisis reaksi hidrolisis trigliserida menjadi asam lemak bebas dan gliserol seperti dapat dilihat pada Gambar 2 tetapi juga dapat mengkatalisis reaksi transesterifikasi maupun esterifikasi. Substrat alami enzim lipase adalah trigliserida dari asam lemak rantai panjang. Trigliserida tersebut tidak larut di dalam air dan enzim lipase dikarakterisasi dengan melihat kemampuannya dalam mengkatalisis hidrolisis ikatan ester pada interfase. Kemampuan menghidrolisis ester asam lemak rantai panjang yang tidak larut membedakan lipase dari esterase yang selama ini sering dikacaukan karena daya kerjanya yang sangat mirip yaitu mengkatalisis hidrolisis ester karboksilat. Esterase cenderung bekerja pada ester karboksilat yang bersifat larut dibandingkan yang tidak larut (Winarno 1999). Trigliserida lipase Digliserida + asam lemak bebas lipase Monogliserida + asam lemak bebas lipase Gliserol + asam lemak bebas Gambar 2 Reaksi lipase dengan substrat trigliserida ( Muchtadi D et al.1992) Substrat lipase dapat berupa trigliserida atau ester asam karboksilat dan amida dalam bentuk larut maupun tak larut. Enzim lipase dapat dihasilkan dari sejumlah mikroorganisme (bakteri, kapang, khamir), hewan dan tumbuhan. Produksi enzim dari hewan dan tumbuhan memiliki kelemahan sehingga industri umumnya menggunakan pembiakan mikroorganisme. Mikroorganisme penghasil lipase dari bakteri antara lain Pseudomonas fluorescens, Staphylococcus carnosus, Bacillus stearothermophillus dan Chromobacterium viscosum. Lipase yang berasal dari kapang adalah Aspergillus niger, Mucor miehei dan Rhizophus delemar. Lipase dari khamir dapat diperoleh dari Candida cylindriceae, Candida

22 22 auriculariae, Candida curvata, Hansenula aromala dan jenis khamir lainnya (Brockman 1984). Penggunaan lipase akhir-akhir ini berkembang pesat terutama setelah diketahui kemampuan enzim ini bereaksi dalam medium organik dan ketersediaannya secara komersial dari berbagai merk dipasaran. Berbagai produk yang dikatalisis oleh lipase telah dieksplorasi oleh para peneliti dan dilaporkan sangat berpotensi diaplikasikan di industri (Bastida 1998). Enzim lipase dapat mengkatalisa reaksi esterifikasi antara asam lemak bebas dengan gliserol dan menghasilkan monoasilgliserol. Hasil yang didapatkan lebih spesifik pada posisi sn-1,3 ; yaitu transfer gugus asil terjadi pada posisi 1 dan atau 3 menghasilkan monoasilgliserol dengan gugus asil di posisi 1 atau 3 (1(3)- MAG) dan DAG dengan gugus asil pada posisi 1 dan 3 (1,3- DAG) (Elizabeth dan Boyle 1997). Jensen et al. (1990) menyatakan bahwa spesifisitas enzim dipengaruhi oleh sifat fisikokimia enzim dan substrat seperti ph, suhu, jenis pelarut, modifikasi fisik atau kimia dan sumber enzim. Sedangkan (Van camp et al. 1998) menyatakan bahwa selektifitas dan spesifisitas lipase sangat tergantung pada kondisi yang diterapkan selama proses seperti aw, ph, suhu, tipe pelarut, pilihan kosubstrat dan imobilisasi. Peningkatan suhu pada enzim tertentu dapat meningkatkan kecepatan reaksi sebaliknya sampai batas tertentu peningkatan suhu reaksi dapat menurunkan kecepatan reaksi bahkan dapat menginaktifkan enzim. Menurut Elizabeth dan Boyle (1997), produksi monoasilgliserol menggunakan katalis lipase memiliki beberapa kelebihan antara lain; kondisi reaksi lebih ramah, khususnya suhu reaksi lebih rendah yaitu sekitar o C; lemak atau minyak yang dapat digunakan lebih bervariasi karena berbagai lipozyme 1M dapat menunjukkan aktivitas pada berbagai asam lemak, lebih banyak pilihan lipase dengan spesifisitas tertentu untuk menghasilkan produk yang spesifik; energi yang dipergunakan lebih rendah dan proses produksi lebih bersifat ramah lingkungan. Aplikasi lipase telah dilakukan oleh beberapa peneliti untuk menghasilkan berbagai produk turunan atau produk modifikasi lemak/minyak. Produk-produk hasil reaksi menggunakan lipase tersebut antara lain MAG yang bersifat

23 23 antibakteri dari minyak kelapa (Mappiratu 1999) MAG fungsional (Watanabe 2002), ester asam lemak untuk flavor (Babali et al. 2001), surfaktan sorbitan oleat (Xu et al. 2003), lemak coklat dari minyak sawit (Satiawiharja et al.1999), produk makanan bayi yang kaya kandungan asam palmitat pada posisi 2 (Quinlan dan Moore 1993), trigliserida kaya DHA (Irimescu et al. 2001), butyl oleat untuk aditif biodiesel (Linko et al. 1995) dan lain-lain. Gliserol Nama lain gliserol adalah gliserin yaitu suatu larutan kental yang memiliki rasa manis, tidak berwarna, tidak berbau dan bersifat higroskopis. Rumus kimia dari gliserol adalah C 3 H 8 O 3 dengan nama kimia propane-1,2,3-triol. Berat molekul gliserol 92,10, masa jenis 1,261 g/cm 3, titik didih 290 o C dan viskositas 1,5 Pa.s. Gliserol merupakan gula alkohol dan mempunyai tiga gugus hidroksil yang bersifat hidrofilik sehingga dapat larut dalam air (Anonim 2006). Gliserol banyak terdapat dalam bentuk gliserida pada lemak atau minyak dalam jaringan hewan atau tumbuhan. Gliserol juga dapat sebagai produk samping hidrolisis lemak dan minyak, selain asam lemak bebas dan garam logam (sabun). Gliserol sering digunakan sebagai pelarut, pemanis, humektan, bahan tambahan pada industri peledak, kosmetik, sabun cair, permen dan pelumas. Gliserol juga dipakai sebagai komponen antibeku (cryoprotectant) suatu campuran dan sebagai sumber nutrisi pada kultur fermentasi dalam produksi antibiotik (Anonim 2006). Gliserol dapat digunakan sebagai bahan dasar untuk pembuatan monogliserida, digliserida dan trigliserida melalui proses reaksi esterifikasi atau interesterifikasi secara kimia atau enzimatis. Bila suatu radikal asam lemak berikatan dengan gliserol akan terbentuk suatu monogliserida. Trigliserida akan terbentuk bila tiga asam lemak beresterifikasi dengan satu molekul gliserol (Winarno 2002). Penggunaan gliserol akan menyebabkan reaksi keseimbangan menuju ke arah kanan reaksi esterifikasi sehingga menghasilkan produk monodiasilgliserol yang cukup tinggi (Fischer 1998).

24 24 Emulsifier Mono-diasilgliserol (M-DAG) Sistem emulsi pangan maupun non pangan bersifat jauh lebih kompleks dibandingkan definisi emulsi, yaitu dispersi koloidal suatu droplet cairan pada fase cairan lain; karena fase terdispersi dapat berupa padatan atau fase kontinyu mungkin mengandung bahan yang terdiri dari kristal padatan, seperti pada es krim (Bos et al. 1997). Persamaan karakter pada hampir semua sistem emulsi adalah ketidakstabilan emulsi. Ketidakstabilan atau rusaknya sistem emulsi dapat dicegah dengan cara menggunakan alat mekanik untuk mengatur ukuran droplet terdispersi atau dengan menambahkan bahan penstabil seperti emulsifier. Tujuan utama penambahan emulsifier adalah mencegah coalesen atau penggabungan irreversibel dua atau lebih droplet atau partikel menjadi unit yang lebih besar (Kamel 1991). Emulsifier adalah salah satu ingredien unik dalam industri pangan, yang biasanya digunakan dalam bakeri, mayonnaise, margarin, minuman yang diformulasi, industri coklat, modifikasi adonan dan beberapa aplikasi yang lain. Emulsifier yang umum dihasilkan dari suatu industri pengolahan minyak tumbuhan adalah monogliserida, digliserida dan ester propilen glikol (Hui 1996). Emulsifier campuran M-DAG didefinisikan sebagai emulsifier lipofilik yang mengandung monogliserida dan digliserida, yang dibuat dengan mereaksikan gliserol dan lemak atau minyak yang spesifik (Igoe dan Hui 1996). M-DAG dapat berupa ester yang padat dan mempunyai titik leleh tinggi, ester yang berbentuk cair pada suhu ruang, maupun ester berbentuk plastis yang bersifat antara padat dan cair (Zielinski 1997; O Brien 1998). M-DAG memiliki struktur molekul yang terdiri dari bagian hidrofilik pada gugus OH dan bagian lipofilik pada gugus ester asam lemak, struktur MAG, DAG dan TAG dapat dilihat pada Gambar 5. Bentuk emulsifier M-DAG dipengaruhi asam lemak penyusunnya, semakin banyak asam lemak mengandung ikatan rangkap maka bentuk emulsifier akan semakin lunak. Hubungan antara besarnya bilangan iod suatu emulsifier dengan bentuk serta kegunaannya pada produk pangan dapat dilihat pada Tabel 4.

25 25 Gambar 5 Struktur molekul Monodiasilgliserol (MAG), Diasilgliserol (DAG) dan Triasilgliserol (TAG)(Hassenhuettl 1997) Emulsifier adalah bahan yang mampu mengurangi tegangan permukaan pada interfasial dua fase yang pada keadaan normal tidak bercampur, menyebabkan keduanya bercampur dan membentuk emulsi (Dziezak 1988). Emulsifier termasuk bahan dalam formulasi untuk meningkatkan formasi dan stabilisasi emulsi seperti aerasi busa dan suspensi. Emulsifaier memiliki gugus hidrofilik dan terikat pada fase akueus dan rantai lipofilik yang cenderung berada pada fase minyak (Hassenhuettl 1997). Menurut Krog (1990), emulsifier memiliki berbagai fungsi, terutama untuk meningkatkan stabilitas emulsi, menstabilkan sistem aerasi, mengatur aglomerasi dari globula lemak; memodifikasi tekstur, umur simpan dan sifat reologi dengan mengkompleks molekul pati dan protein, mengembangkan tekstur pangan yang berbasis lemak dengan mengatur polimorfisme dari lemak. Emulsifier sintetik mulai digunakan pada pertengahan abad 20 dan pemakaiannya berkembang seiring dengan berkembangnya industri pangan olahan yang memerlukan teknologi untuk memproduksi dan mempertahankan kualitas produk Emulsifier digunakan untuk memperpanjang umur simpan produk emulsi seperti salad dressing yang dapat disimpan lebih dari setahun tanpa terpisah fase air dan minyaknya (Hassenhuettl 1997). Campuran mono dan diasilgliserol (M-DAG) adalah emulsifier komersial pertama di Amerika yang pada tahun 1929 diaplikasikan pada produk margarin dan sejak saat itu emulsifier telah menjadi produk yang dibutuhkan dalam jumlah besar pada sektor industri. Pemakaian emulsifier pada tahun 1982 adalah sebesar 120 juta kg dengan konsumsi pemakaian M-DAG sebesar 96 juta kg (Dziezak 1988).

26 26 Tabel 4 Kegunaan emulsifier M-DAG pada produk pangan Bentuk Emulsifier Kegunaan Produk Pangan Keras Bilangan iod > 5 Plastis Bilangan iod Lembut Bilangan iod> 90 Sumber: O Brien (1998) Menjaga kelembutan Pelembut crumb Pengembang volume Meningkatkan keempukan Memperbaiki tekstur Aerasi adonan Memperbaiki palatabilitas Mengurangi kelengketan Anti lengket Stabilisasi minyak Rehidrasi Memperkuat emulsi Stabilitas pembekuan Perantara antara bentuk keras dan lunak Aerasi Absorbsi air Perbaikan tekstur Emulsi lemah Semua produk bakeri Semua produk bakeri Semua produk bakeri Semua produk bakeri Kue Kue Roti Permen dan permen karet Pasta Mentega kacang Kentang goreng Margarin Produk beku Semua produk Pelapis dan pengisi es Pelapis dan pengisi es Saus Margarin Campuran mono dan diasilgliserol (M-DAG) termasuk ke dalam golongan polimorfik seperti trigliserida. Kristal M-DAG yang berasal dari proses pendinginan masih dalam bentuk kristal α. Kristal α termasuk kristal yang bersifat intermediat dan akan berubah menjadi kristal β yang lebih stabil dan memiliki titik leleh yang lebih tinggi dibanding kristal α. Monogliserida dapat larut dengan sempurna dalam lemak dan minyak dan terdispersi dalam air pada kondisi tertentu (Gunstone et al. 1994). Reaksi Esterifikasi Reaksi esterifikasi seperti pada Gambar 3 dan Gambar 4 merupakan reaksi yang menghasilkan senyawa ester dari asam karboksilat dan alkohol. Proses esterifikasi memerlukan katalis berupa katalis logam atau biokatalis (enzim). Reaksi esterifikasi dengan katalis logam berlangsung pada suhu dan tekanan tinggi, sedangkan dengan biokatalis banyak dilaporkan dapat berlangsung pada suhu yang relatif rendah (Harnanik 2005). Linko et al. (1995) menyimpulkan bahwa kandungan air awal sistem reaksi, jumlah enzim dan rasio mol substrat

27 27 merupakan faktor-faktor yang sangat penting dalam mempengaruhi hasil esterifikasi. R 1 OH + R 2 COOH R 2 COOR 1 + H 2 O Keterangan : R 1 OH adalah alkohol R 2 COOR 1 adalah ester R 2 COOH adalah asam karboksilat H 2 O adalah air Gambar 3 Skema reaksi esterifikasi (Harnanik 2005) Gambar 4 Reaksi esterifikasi satu molekul asam lemak dengan satu molekul gliserol (Winarno 2002) Esterifikasi langsung dari gliserol dan asam lemak menghasilkan monogliserida, digliserida dan trigliserida pada berbagai tingkatan. Komposisi dari produk akhir tergantung pada rasio gliserol : asam lemak, tipe asam lemak dan kondisi proses yang diterapkan. Esterifikasi dapat dilakukan dengan atau tanpa katalis, proses reaksi tanpa menggunakan katalis memerlukan suhu reaksi yang tinggi dan waktu yang lama serta menghasilkan produk yang cenderung berwarna gelap (Hui 1996). Penelitian yang dilakukan sebelumnya Oleh Pujiastuti (1998) adalah menggunakan DALMS sebagai sumber asam lemak bebas dan gliserol sebagai kosubtratnya untuk menghasilkan M-DAG dengan enzim lipase komersial Rhizomucor miehei. Sintesis M-DAG mencapai optimum pada kondisi reaksi sebagai berikut : rasio DALMS dengan gliserol 2:3, enzim lipase 400 mg, suhu 60 o C, waktu 4 jam, waktu pengendapan 24 jam.

28 28 Christina (2000) telah berhasil mengoptimasi proses produksi M-DAG dari DALMS dengan memodifikasi metode Pujiastuti yaitu enzim dipisahkan baru direfrigerasi dan enzim yang digunakan 1 g sedangkan kondisi yang lain sama. Selain itu Christina juga telah mengkarakterisasi sebagian sifat fisiko-kimia dan sifat fungsionalnya serta mengaplikasikannya pada beberapa produk pangan. Namun demikian produk yang dihasilkan masih cukup banyak mengandung asam lemak bebas dan memiliki bau kurang disukai. Tabel 3 Perbandingan hasil reaksi sintesis M-DAG secara enzimatik berbahan dasar DALMS beberapa peneliti. Parameter Substrat Jumlah enzim Kondisi reaksi Pujiastuti (1998) Christina (2000) Kitu (2000) Lukita (2000) 10g DALMS 10g DALMS 10gDALMS+ 30g DALMS g gliserol + 14 g gliserol 14 g gliserol 45,92 g gliserol 400 mg 1 mg 1,2 g 1,5 g suhu 60 o C, waktu 4 jam, 200 rpm, pengendapan 24 jam suhu 60 o C, waktu 4 jam, 200 rpm, pengendapan 24 jam suhu 60 o C, waktu 4 jam, suhu fraksinasi 5º C % MAG 57,19 22,21 75,90 75,39 % DAG 28,15 41,38 13,04 16,64 % TAG 0,52 1,13 0,55 1,31 % ALB 14,14 35,28 10,51 6,65 % Rendemen 24,42 42,47 32,10 31,06 suhu 60 o C, waktu 4 jam, suhu fraksinasi 10º C Kitu (2000) juga menggunakan enzim komersial Lipozim dari Rhizomucor miehei dan substrat DALMS untuk menghasilkan M-DAG dengan kondisi reaksi sebagai berikut rasio substrat 10 g DALMS berbanding 14 g gliserol, lipase 5% dari total substrat, waktu 4 jam dan suhu fraksinasi 5 o C. Lukita (2000) mensintesis M-DAG menurut metode Kitu dengan skala yang ditingkatkan yaitu 30 g DALMS, 45,92 gliserol suhu 50 o C, waktu 4 jam, enzim 2% dan suhu fraksinasi 10 o C.

29 29 Perbandingan hasil reaksi esterifikasi dari beberapa peneliti tersebut disajikan dalam Tabel 3. Dari Tabel 3 dapat dilihat bahwa ke empat peneliti sebelumnya mereaksikan substrat DALMS dan gliserol dengan kondisi reaksi (suhu dan waktu) yang sama yaitu suhu 60 o C dan waktu reaksi 4 jam tetapi enzim yang digunakan bervariasi yaitu berkisar 400 mg sampai 1,2 g untuk berat substrat yang sama yaitu 10 g DALMS dan 14 g gliserol. Hasil reaksi yang diperoleh bervariasi dari 22,21% sampai 75,90% untuk fraksi MAG, 13,04% sampai 41,38% untuk fraksi DAG, 0,52% sampai 1,13% untuk fraksi TAG dan 24,42% sampai 42,47% untuk rendemen dengan kadar asam lemak bebas berkisar antara 6,65% sampai 35,28 %. Untuk jumlah substrat yang ditingkatkan menjadi 30 g DALMS dan 45,92 g gliserol, enzim ditingkatkan menjadi 1,5 g dan kondisi reaksi tetap yaitu suhu 60 o C dan waktu reaksi 4 jam diperoleh fraksi MAG 75,39%, fraksi DAG 16,64%, fraksi TAG 1,31% dan rendemen 31,06% dengan kadar asam lemak bebas 6,65%. Peranan Pelarut Dalam Sintesis Mono-diasilgliserol (M-DAG) a. Heksan Faktor- faktor yang mempengaruhi rendemen dalam biosintesis M-DAG antara lain kadar air sistem reaksi, jenis pelarut organik (polaritas pelarut) dan sifat kespesifikan lipase serta faktor lain yang berpengaruh terhadap aktivitas lipase seperti ph, suhu dan konsentrasi substrat (Mappiratu 1999). Pengaruh jenis pelarut (sifat polaritas pelarut) terhadap rendemen M-DAG dilaporkan oleh Li dan Ward (1993) di dalam Mappiratu (1999) pada reaksi gliserolisis konsentrat asam lemak omega-3 minyak ikan menggunakan lipase PS- 30 dan lipase IM-60. Derajat sintesis dalam satuan persen yang sebanding dengan rendemen M-DAG relatif lebih rendah dalam pelarut organik yang bersifat lebih polar (benzena, aseton dan kloroform) dibandingkan dalam pelarut yang bersifat lebih non polar (hidrokarbon). Fraksi massa M-DAG untuk semua kadar air medium reaksi yang diterapkan meningkat sejalan dengan meningkatnya sifat ketidak polaran pelarut. Pelarut petroleum eter menempati urutan tertinggi dalam hal biosintesis M-DAG

30 30 yaitu mencapai rendemen 29,40% diikuti berturut-turut pelarut heksan dengan rendemen 28,35%, campuran heksan /dietil eter dan terakhir pelarut dieter etil (Mappiratu 1999). Heksan adalah suatu hidrokarbon alkana dengan rumus kimia CH 3 (CH 2 ) 4 CH 3, berupa cairan tidak berwarna dengan massa molar 86,18 g/ mol, densitas 0,6548 g/ml, titik leleh -95º C dan titik didih 69º C serta viskositas 0,294 cp pada 25º C. Heksan memiliki 5 isomer yaitu heksan dengan 6 atom C (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 ), isoheksan CH 3 CH(CH 3 )CH 2 CH 2 CH 3, 3- Metil pentana CH 3 CH 2 CH(CH 3 )CH 2 CH 3, 2,3- Dimetilbutana CH 3 CH(CH 3 )CH(CH 3 )CH 3, 2,2- Dimetilbutana CH 3 C(CH 3 ) 2 CH 2 CH 3. Heksan pada umumnya diproduksi pada proses pemurnian minyak bumi kasar, dimana pada industri 50 % berupa isomer dengan rantai lurus yaitu fraksi yang mendidih pada 65-70º C. Isomer dari heksan sebagian besar tidak reaktif dan sering digunakan sebagai pelarut inert dalam reaksi organik, karena heksan bersifat sangat tidak polar. b. Butanol Yang dan Parkin (1994) didalam Mappiratu (1999) melaporkan bahwa fraksi massa M-DAG yang dihasilkan dari gliserolisis minyak mentega dalam pelarut tertier-butanol dengan lipase PS-30 dalam gel ENT-3400 mencapai maksimum pada kadar air 0,4% sedangkan dengan lipase PS-30 dalam gel ENTP mencapai maksimum pada kadar air 0,8% Menurut Rendon et al. (2001) reaksi tanpa menggunakan pelarut transfer massa yang terjadi akan lebih kecil akibat tingginya viskositas, sedangkan pada reaksi yang menggunakan pelarut viskositas akan lebih rendah dan transfer massa lebih tinggi sehingga rendemen yang dihasilkan juga lebih tinggi. Butanol atau butil alkohol atau kadang-kadang disebut sebagai biobutanol jika diproduksi secara biologi, adalah suatu alkohol primer dengan 4 atom Carbon dan rumus molekulnya C 4 H 10 O. Butanol merupakan suatu cairan bening, massa molar 74,1216 g/ mol, densitas 0,8098 g/ cm 3 pada 20º C, titik leleh 89,5º C, titik didih 117,73º C, kelarutan dalam air 9,1 ml/ 100 ml H2O pada 25º C dan

31 31 viscositas 3 cp pada 25º C. Pada umumnya butanol digunakan sebagai pelarut, sebagai intermediat dalam sintesis kimia dan sebagai bahan bakar. Butanol memiliki 4 isomer, n- butanol atau 1- butanol adalah isomer rantai lurus dengan gugus OH pada C ujung, isomer berantai lurus dengan gugus OH pada atom C yang ditengah disebut sec- butanol atau 2- butanol sedangkan isomer dengan rantai bercabang dan gugus OH pada C ujung disebut isobutanol; 2- metil -1- propanol, isomer ke empat adalah isomer bercabang dengan gugus OH pada atom C yang ditengah disebut tertier - butanol atau 2- metil-2- propanol. Isomer butanol dengan struktur yang berbeda akan memiliki titik didih dan titik leleh yang berbeda.

32 32 BAHAN DAN METODE Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Rekayasa Proses Pengembangan Produk Pangan, SEAFAST Center, Institut Pertanian Bogor serta Laboratorium Kimia Pangan, Departemen ITP, Institut Pertanian Bogor dari bulan Mei 2006 hingga bulan Januari Bahan dan Alat Destilat asam lemak minyak sawit (DALMS), gliserol (teknis), enzim lipase, heksan (teknis), silika gel dan pelarut yang sesuai, petroleum eter (pa), dietil eter (pa), asam asetat glasial (pa), asam sulfat 5% (pa), pelarut tertierbutanol, aquades, CCl 4, larutan I 2, larutan KI 15%, indikator pati, Na 2 S 2 O 3, NaOH, piridin, n-tetradekana, alkohol 95%, indikator pp 1%, 2,7- dichlorofluorescen, BSTFA [bis (trimethylsilil)trifluoro acetamide], TMCS (trimethylchlorsilane). Peralatan gelas, pipet volume, neraca analitik, lempeng KLT, buret, magnetic stirrer, penangas air, vorteks, shaker. Metode Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi karakterisasi sifat fisikokimia DALMS, penentuan volume pelarut dalam sintesis M-DAG, optimasi sintesis M-DAG dan karakterisasi fisikokimia M-DAG. Karakterisasi Sifat Fisikokimia DALMS Karakterisasi sifat fisikokimia destilat asam lemak minyak sawit (DALMS) dilakukan untuk mengetahui kadar asam lemak, bilangan iodin dan titik leleh bahan baku sebelum dilakukan esterifikasi. Penentuan Volume Pelarut Dalam Sintesis M-DAG a. Penentuan Volume Pelarut Tertier- Butanol Pada tahap ini dicari pengaruh penggunaan pelarut tersier butanol dengan berbagai volume ( 9 ml, 14 ml, 19 ml dan 28 ml ) pada waktu reaksi 5 jam dalam

33 33 sintesis mono dan diasilgliserol dengan biokatalis, yang mengacu pada metode yang telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya (Pujiastuti 1998 dan Nurcahyo et al. 2002). Bahan baku yang digunakan adalah destilat asam lemak minyak sawit dan gliserol sebanyak 1 gram dengan rasio DALMS:gliserol (2:3) reaksi pada suhu 50 o C dan waktu 5 jam seperti dapat dilihat pada Gambar 6. Hasil yang maksimal dari tahapan ini digunakan untuk proses selanjutnya dalam menentukan kondisi optimum sintesis mono dan diasilgliserol yaitu waktu reaksi, suhu dan volume pelarut. Parameter untuk menentukan kondisi optimum disini adalah jumlah rendemen dan komposisi M-DAGnya. b.penentuan Volume Pelarut Heksan Sebagai Pelarut Kristalisasi Penentuan volume pelarut heksan sebagai pelarut kristalisasi dilakukan pada saat volume pelarut tertier-butanol terbaik telah ditentukan. Fraksinasi dan kristalisasi campuran M-DAG hasil sintesis dilakukan dengan penambahan pelarut heksan dengan volume 30 ml, 40 ml dan 50 ml dengan 2 kali ulangan. Ketiga perlakuan tersebut disimpan dalam refrigerator 7º C selama 24 jam kemudian dilakukan penyaringan dengan kertas Whatman no 42 dan dikeringkan hingga diperoleh berat konstan. Optimasi Sintesis M-DAG Pada tahapan ini dicari kondisi optimum dengan proses batch, rancangan yang digunakan adalah Central Composite Design (CCD). Model permukaan tanggap (respon surface) digunakan untuk melihat pengaruh waktu reaksi, suhu reaksi dan volume pelarut tertier- butanol pada jumlah produk yang dihasilkan dan untuk mengoptimumkan kondisi proses dalam menghasilkan produk monodiasilgliserol. Rancangan percobaan yang akan dilakukan dapat dilihat pada Tabel 5, Tabel 6 dan Tabel 7. Indikator yang digunakan untuk melihat kondisi optimum adalah komposisi M-DAG dengan kromatografi lapis tipis (KLT) pada saat optimasi dan verifikasi kondisi optimum. Proses kristalisasi dilakukan terhadap produk akhir yang diperoleh dari tahap produksi yaitu dengan menambahkan pelarut heksan dan diaduk, kemudian dilakukan fraksinasi (dimasukkan dalam refrigerator) dan kemudian disaring.

34 34 Tabel 5 Perlakuan dan kode perlakuan pada penelitian Parameter Waktu (jam) Volume pelarut (ml) Suhu ( o C) Tabel 6 Rancangan percobaan dengan pengkodean No Suhu Waktu Volume pelarut tertier- butanol ,682 1, Sumber : Cochran dan Cox (1962) Rasio bahan baku yaitu rasio destilat asam lemak sawit: gliserol mengacu pada hasil penelitian sebelumnya (Pujiastuti 1998) yaitu 2:3 serta dicari pengaruh penggunaan dan tanpa penggunaan pelarut tertier butanol terhadap rendemen monodiasilgliserol yang dihasilkan. Proses sintesis monodiasilgliserol secara sederhana digambarkan dalam bentuk skema proses pada Gambar 6. Proses reaksi esterifikasi sintesis M-DAG dilakukan dengan mencampurkan substrat (DALMS dan gliserol) berdasarkan rasio yang telah ditentukan yaitu 2:3. Campuran substrat dimasukkan dalam erlenmeyer kemudian ditambahkan pelarut tertier butanol (untuk perlakuan dengan penambahan pelarut) dan enzim kemudian dishaker pada waktu dan suhu yang telah

35 35 ditentukan. Setelah mencapai waktu yang ditentukan dilakukan pemisahan katalis dengan penyaringan. DALMS: Gliserol (2:3) 1 g Penambahan pelarut tertierbutanol Pencucian dengan heksan 30 ml Penambahan enzim lipase 4% (b/b) dari total substrat Pengendapan di refrigerator 7 o C, 24 jam Shaker 250rpm, 50 o C, 5 jam Penyaringan dengan Whatman 42 Pemisahan katalis dengan penyaringan Produk M-DAG dikeringkan dan ditimbang Penguapan di atas hotplate Gambar 6 Skema sintesis M-DAG secara enzimatik dari DALMS (Modifikasi Pujiastuti 1998) Filtrat yang diperoleh diuapkan dan dilakukan pencucian dengan heksan untuk memisahkan gliserol, setelah itu dilakukan pengendapan dengan memasukkan ke dalam refrigerator selama 24 jam dan dilakukan penyaringan terhadap produk M-DAG dengan menggunakan kertas saring Whatman no 42 dan dikeringkan hingga diperoleh berat endapan yang stabil. Endapan hasil pengeringan disebut sebagai berat produk M-DAG. Rendemen dihitung berdasarkan perbandingan berat produk M-DAG yang diperoleh terhadap berat

36 36 M-DAG yang dihitung secara teoritis dikalikan 100% Contoh perhitungan berat produk M-DAG secara teoritis dapat dilihat pada Lampiran 9. Tabel 7 Setting perlakuan pada penelitian berdasarkan Central Composite Design No Perlakuan Suhu ( o C) Waktu (jam) Volume pelarut tertier - butanol (ml) Karakterisasi Fisikokimia Mono-diasilgliserol a. Analisis Komposisi M-DAG Dengan Kromatografi Lapis Tipis (Modifikasi Gunstone et al. 1994) Sebanyak 100 mg produk campuran M-DAG dilarutkan dalam 0,1 ml kloroform. Sebanyak 1µl larutan diaplikasikan pada lempeng kromatografi lapis tipis (KLT) dalam bentuk spot bulat dengan jarak antar spot 2 cm. Lempeng KLT dielusi menggunakan campuran pelarut petroleum eter : dietil eter : asam asetat (70:30:0,2) glasial yang telah dijenuhkan sebelumnya. Setelah elusi dilakukan kurang lebih 1,5 jam lempeng dikeluarkan dari bejana pengembang dan dibiarkan beberapa menit sampai uap yang masih tertinggal hilang. Identifikasi yang dilakukan adalah dengan pewarnaan menggunakan larutan fluorescen seperti Rhodamine 6G atau 2,7- dichlorofluorescen yang