BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 7 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Minyak Istilah lipida meliputi senyawa-senyawa heterogen, termasuk lemak dan minyak yang umum dikenal di dalam makanan, fosfolipida, sterol, dan ikatan lain sejenis yang terdapat di dalam makanan dan tubuh manusia (Almatsier, 2009). Ratarata komposisi minyak terdiri dari 58,2% sebagai sampel jenuh, 28,6% senyawa aromatik dan 14,2% senyawa polar. Berdasarkan klasifikasi minyak, senyawa aromatik ini adalah senyawa hidrokarbon yang terdiri dari cincin yang mengandung enam atom karbon. Hampir kebanyakan senyawa aromatik ini bermassa rendah dan jumlahnya dalam minyak sekitar 10-30% (Syakti, 2005) Minyak Inti Sawit Tanaman kelapa sawit (Elaeis guineensis) berasal dari Afrika. Tanaman ini dapat ditanami sekitar 144 pohon per hektar. Menurut Aritonang(1986), setiap pohon dapat menghasilkan sampai enam buah tandan dengan bobot tandan berkisar kg. Pada keadaan normal akan dihasilkan kira-kira 20 sampai 22 tandan per tahun. Setiap tandan kelapa sawit terdapat 65-70% buah dan sisanya (sekitar 30-35%) adalah tandan buah kosong (Hartley,1967). Tanaman semakin tua, bobot tandan buah bertambah antara kg per tandan (Satyawibawa & widyastuti,1992). Tandan buah segar (TBS) dengan tingkat kematangan tertentu dapat mempengaruhi banyaknya minyak yang dapat dihasilkan. Dari satu ton TBS dapat dihasilkan minyak sawit sebanyak 0,21 ton dan inti sawit sebesar 0,05 ton. Tanaman ini sebagai tanaman hias yang ditanam di daerah tropis termasuk kelapa sawit yang berasal dari Amerika Tengah dan Selatan, Corozo oleifera, tetapi lebih dikenal dengan nama Elaeis melanococca.

2 8 Tanaman kelapa sawit termasuk tanaman tahunan (parenial crop) berkeping tunggal, yang digolongkan menurut jenis tumbuhan dengan tatanama (taksonomi) sebagai berikut : Famili Subkelas Kelas Subdivisi Divisi : Palmae : Monocotyledonae : Angiospermae : Pterospida : Tracheophyta (Hartley,1967) Minyak inti sawit (Palm Kernel Oil, PKO) adalah minyak berwarna putih kekuning-kuningan yang diperoleh dari proses ekstraksi inti buah tanaman Elaeis guineensis Jacq (SNI ), sedangkan Crude Palm Oil (CPO) didapatkan dari ekstraksi daging sawit. Bagian buah kelapa sawit dapat dilihat pada Gambar 2.1. Kedua jenis minyak tersebut akan diolah lebih lanjut menjadi beberapa produk turunannya seperti Refined Bleached and Deodorized Palm Oil (RBDPO), RBDPKO, minyak goreng, minyak makan, margarine, shortening dan lain sebagainya. Gambar 2.1 Bagian-bagian buah kelapa sawit (FAO, 2006) Minyak inti sawit memiliki kemiripan sifat dan komposisi asam lemak dengan minyak kelapa, sehingga dalam penggunaannya dapat bersifat sebagai bahan subtitusi.

3 9 PKO dan minyak kelapa sering digunakan oleh industri oleokimia sebagai bahan baku untuk menghasilkan produk surfaktan dan emulsifier. Pengolahan minyak dari kelapa sawit ini akan mengalami peningkatan seiring dengan semakin tingginya permintaan pasar dan majunya teknologi rekayasa pengolahan minyak. Teknologi tersebut diharapkan dapat menghasilkan produk yang dapat diaplikasikan di berbagai aspek industri pengolahan serta dapat bersaing dengan produk minyak nabati lainnya di pasar dalam negeri maupun internasional. Minyak inti sawit mengandung berbagai komponen asam lemak. Komposisi trigliserida yang mendominasi minyak inti sawit adalah trilaurin, yaitu trigliserida dengan tiga asam laurat sebagai ester asam lemaknya. Minyak inti sawit memiliki kandungan asam laurat yang tinggi dan kisaran titik leleh yang sempit, sedangkan minyak sawit mentah hanya memiliki sedikit kandungan asam laurat dan kisaran titik leleh yang luas. Minyak sawit mengandung asam lemak jenuh asam palmitat (C16) sekitar (40-46%), kandungan asam lemak tidak jenuh yaitu asam oleat (C 18:1) sekitar (39-45%) dan asam linoleat (7-11%), sedangkan pada minyak inti sawit didominasi oleh asam laurat (46-52 %), asam miristat (14-17%), dan asam oleat (13-19%). Kandungan asam lemak dalam kedua jenis minyak tersebut secara keseluruhan dapat dilihat pada Tabel 2.1. Tabel 2.1 Komposisi asam lemak minyak sawit dan minyak inti sawit (Ketaren,2005) Asam Lemak Minyak kelapa sawit (%) Minyak inti sawit (%) Asam kaprilat Asam kaproat Asam laurat Asam miristat 1,1 2, Asam palmitat ,5 9 Asam stearat 3,6 4,7 1 2,5 Asam oleat Asam linoleat ,5 2

4 10 Kandungan asam laurat yang cukup tinggi pada minyak inti sawit menjadi salah satu kelebihan karena asam lemak ini memiliki khasiat bagi kesehatan tubuh.asam laurat atau asam dodekanoat adalah asam lemak jenuh berantai sedang (middlechained fatty acid, MCFA) yang tersusun dari 12 atom C. Sumber utama asam lemak ini adalah minyak kelapa, yang dapat mengandung 50% asam laurat, serta minyak inti sawit (palm kernel oil). Asam laurat memiliki titik lebur 44 C dan titik didih 225 C sehingga pada suhu ruang berwujud padatan berwarna putih, dan mudah mencair jika dipanaskan. Rumus kimia: CH 3 (CH 2 ) 10 COOH, berat molekul 200,3 g.mol -1. Asamasam lemak rantai pendek memiliki kemampuan kelarutan dalam pelarut air, semakin panjang rantai asam-asam lemak maka kelarutannya dalam air semakin berkurang. Asam kaprilat pada 30 o C mempunyai nilai kelarutan 1, yang artinya 1 gram asam kaprilat dapat larut dalam setiap 100 g air pada suhu 30 o C. Sedangkan asam stearat mempunyai nilai kelarutan sekitar 0,00034 pada suhu 30 o C (Ketaren, 2005). Sifat fisikokimia asam laurat banyak dimanfaatkan oleh industri yang menghasilkan produk personal care dan farmasi, misalnya pada industri shampo. Natrium laurilsulfat adalah turunan yang paling sering dipakai dalam industri sabun dan shampoo, sedangkan pada industri kosmetik, asam laurat ini berfungsi sebagai pengental, pelembab dan pelembut. Asam laurat atau asam lemak berantai menengah berbeda dengan asam lemak berantai panjang yang memiliki molekul lebih besar. Sifat-sifat metabolisme asam lemak rantai menengah jauh lebih mudah dicerna dan diserap usus dan dibawa ke hati untuk diubah menjadi energi. Itu karena asam lemak rantai menengah memiliki molekul ukuran lebih kecil sehingga cepat menghasilkan energi untuk tubuh. (Kabara, 1983; Jensen et al., 1992; Jensen, 1996; Kolezko et al., 1992) Minyak Jagung Tanaman jagung (Zea mays) di Indonesia merupakan tanaman pangan yang penting setelah padi dan terdapat hampir di seluruh kepulauan Indonesia. Di Amerika dan Negara-negara lain yang lebih maju, jagung kebanyakan digunakan sebagai

5 11 makanan ternak serta bahan baku pembuatan minyak jagung, sirup dan hanya sebagian digunakan sebagai makanan pokok. Minyak jagung diperoleh dengan jalan mengekstrak bagian lembaga. Sistem ekstraksi yang digunakan biasanya sistem press (pressing) atau kombinasi sistem press dan pelarut menguap (pressing and solvent extraction). Minyak jagung berwarna merah gelap dan setelah dimurnikan akan berwarna kuning keemasan (Ketaren,2005). Lemak jagung terutama terdapat dalam lembaga dengan kadar lemak sekitar 30%. Kadar lemak biji jagung secara keseluruhan yaitu berkisar 4,2-5%. Dari komposisi minyak jagung, persentase trigliserida sekitar 98,6% sedangkan sisanya adalah senyawa non minyak seperti; abu, zat warna atau lilin. Minyak jagung tersusun atas asam lemak jenuh dan asam-asam lemak tidak jenuh. Jumlah asam lemak jenuh sekitar 13% yang terdiri dari asam palmitat dan asam stearat. Sejumlah 86% asam lemak tidak jenuh yang terdiri dari; 56% asam linoleat dan 30% asam oleat (Widagdyo et al., 2013). 2.2 Enzim Enzim adalah suatu kelompok protein yang berperan sangat penting dalam proses aktivitas biologis. Enzim berfungsi sebagai katalisator (biokatalis) dan sifatnya sangat khas. Reaksi enzimatik mempunyai beberapa kelebihan diantaranya reaksi yang terjadi berlangsung pada suhu kamar dan ph mendekati netral, energi aktivasi reaksi rendah, tingkat konversi tinggi,polutan yang dihasilkan sedikit dan reaksi bersifat spesifik (Judoamidjojo et al.,1989). Enzim memiliki tenaga katalitik yang luar biasa dan biasanya lebih besar dari katalisator sintetik. Spesifitas enzim sangat tinggi terhadap substratnya. Tanpa pembentukan produk samping enzim merupakan unit fungsional untuk metabolisme dalam sel, bekerja menurut urutan yang teratur. Sistem enzim terkoordinasi dengan baik menghasilkan suatu hubungan yang harmonis diantara sejumlah aktivitas metabolik yang berbeda (Shahib, 1992).

6 12 Enzim dikatakan sebagai suatu kelompok protein yang berperan sangat penting dalam aktivitas biologis. Dalam jumlah yang sangat kecil, enzim dapat mengatur reaksi tertentu sehingga dalam keadaan normal tidak terjadi penyimpanganpenyimpangan hasil akhir reaksinya. Enzim ini akan kehilangan aktivitasnya akibat panas, asam atau basa kuat, pelarut organik, atau pengaruh lain yang bisa menyebabkan denaturasi protein. Enzim dikatakan mempunyai sifat sangat khas, karena hanya bekerja pada substratnya (Girindra, 1990) Kerja Enzim Pada Substrat Enzim meningkatkan kemungkinan molekul-molekul yang bereaksi saling bertemu dengan permukaan yang saling berorientasi. Hal ini terjadi karena enzim mempunyai suatu afinitas yang tinggi terhadap substrat dan mempunyai kemampuan untuk mengikat substrat tersebut walaupun bersifat sementara. Penyatuan antara substrat dengan enzim sangat spesifik substrat terikat dengan enzim sedemikian rupa, sehingga setiap substrat terorientasi secara tepat untuk terjadi reaksi. Pembentukan ikatan yang sementara (biasanya ikatan nonkovalen) antara substrat dengan enzim menimbulkan penyebaran elektron dalam molekul substrat dan penyebaran ini menyebabkan suatu regangan pada ikatan kovalen spesifik dalam molekul substrat, sehingga ikatan kovalen tersebut menjadi mudah terpecah. Para ahli biokimia menamakan keadaan dimana terjadi regangan ikatan molekul substrat setelah berinteraksi dengan enzim disebut pengaktifan substrat (Shahib, 1992) Pengaruh Suhu dan ph terhadap Aktivitas Enzim Aktivitas enzim adalah besarnya kemampuan enzim dalam mempercepat reaksi penguraian sumber karbon (Marno, Septian. 2008). Aktivitas enzim dinyatakan dalam unit per ml menit dimana 1 unit aktivitas enzim didefinisikan sebagai jumlah yang menyebabkan pengubahan 1µmol sumber karbon atau 1µmol produk yang dihasilkan per menit pada kondisi tertentu. Jadi, satu unit aktivitas enzim lipase

7 13 didefinisikan sebagai jumlah enzim yang dibutuhkan untuk menghidrolisis 1µmol ikatan per menit pada kondisi pengujian tertentu. Karena struktur protein menentukan aktivitas enzim,maka jika struktur ini terganggu aktivitas akan berubah. Proses denaturasi protein berlaku untuk proteinprotein enzim,dan bahan yang mendenaturasi adalah sama. Misalnya enzim sering memperlihatkan kerapuhan akibat suhu jika diatas 50 0 C. Denaturasi akibat suhu tinggi biasanya irreversible karena gaya-gaya ikatan lemah antara komponen-komponen atomnya.pada kondisi yang tidak terdenaturasi biasanya enzim memiliki suhu optimum untuk mencapai aktivitas yang optimal (Ismadi,1998). Reaksi Enzimatis akan meningkat sebanding dengan peningkatan suhu.peningkatan suhu menyebabkan peningkatan energi kinetik molekul sehingga akan meningkatkan kemungkinan tumbukan antara substrat-enzim yang menyebabkan laju reaksi meningkat. Akan tetapi terdapat batasan suhu tertentu dan nilai optimal biasanya berkisar seperti suhu tubuh manusia. Apabila suhu sistem terus meningkat melebihi optimum,maka aktivitas enzim akan terhambat dan kehilangan sifat katalitiknya (Gambar 2.2). Hal ini disebabkan enzim merupakan protein yang mempunyai sifat termolabil sehingga temperature tinggi menyebabkan kerusakan ikatan intra dan intermolekul (Pelezar & Chan, 1981). Gambar 2.2 Pengaruh Suhu Terhadap Sifat Katalitik Enzim (Rochmah dkk, 2009) Beberapa enzim memiliki toleransi terhadap perubahan ph, tetapi yang lainnya bekerja dengan baik pada rentang ph yang tidak terlalu jauh. Jika suatu enzim diberi

8 14 ph yang ekstrim, maka akan terdenaturasi. Kepekaan enzim terhadap perubahan ph merupakan salah satu sebab mengapa pengaturan ph tubuh dilakukan dengan sangat hati-hati dan mengapa penyimpanan terhadap ph normal akan membawa akibat buruk (Ismadi,1998). Setiap enzim memiliki range ph yang spesifik. ph yang terlalu rendah atau terlalu tinggi mengakibatkan rusaknya ikatan intra dan intermolekul, perubahan bentuk enzim, dan mengakibatkan aktivitas enzim akan terhambat atau enzim kehilangan sifat katalitiknya (Pelezar & Chan, 1981) (Gambar 2.3). Gambar 2.3 Pengaruh ph Terhadap Sifat Katalitik Enzim (Rochmah dkk, 2009) Ion Logam sebagai kofaktor-enzim Ion logam dapat digunakan sebagai aktivasi enzim dan pembawa elektron dengan mekanisme variasi yang berbeda dan lingkungan mikro yang berbeda dalam jenis protein yang berbeda. Fungsi dari ion logam tersebut pada semua enzim, mencakup: a) secara tepat menjadi katalis pada enzim, b) Berpartisipasi dalam ikatan substrat pada sisi aktif, c) menjaga konformasi enzim agar tetap sebagai katalis, dan d) berpartisipasi dalam reaksi redoks. Beberapa logam seperti Fe 2+, Cu 2+, Zn 2+, Mn 2+, Co2+, Mo2+ berikatan sangat kuat dengan enzim dan membentuk metaloenzim,

9 15 sedangkan logam Mg 2+, Ca 2+, Mn 2+ membentuk metal-aktif enzim (Milton, S. H. 1987). berikatan lemah dengan enzim sehingga 2.3 Enzim Lipase Enzim yang bekerja dalam hidrolisis lemak dan minyak dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok besar yaitu lipase dan esterase.perbedaan antara lipase dan esterase yaitu pada status larutan substrat.lipase aktif dalam emulsi minyak dalam air, sedangkan esterase aktif baik pada larutan maupun emulsi (Winarno,1995).Untuk itu reaksi katalitik dari lipase lebih sering dilakukan dalam sistem emulsi. Lipase termasuk golongan enzim dengan fungsi hidrolase yaitu enzim yang berperan dalam reaksi hidrolisis substrat. Lipase dapat memutuskan ikatan ester pada lemak sehingga terbentuk asam lemak bebas dan gliserol. Lipase juga termasuk kelompok enzim esterase,sebab dapat menghidrolisis ikatan ester. Selain itu, lipase merupakan enzim yang dapat memutuskan ikatan rantai panjang asam lemak ester. Lipase yang mempunyai nama ilmiah triasilgliserol asilhidrolase EC banyak digunakan dalam industri antara lain industri susu, deterjen, oleokimia, farmasi, kosmetik, agrokimia, polimer, surfaktan, dan industri trigliserida terstruktur (Vulfson,1994). Lipase (asilgliserol; triasil gliserol hidrolase; gliserol ester hidrolase) merupakan enzim yang tersebar yang mengkatalisis hidrolisis lemak dan minyak (enzim yang mampu memecah lemak). Lipase merupakan enzim yang dapat diproduksi oleh beberapa mikroorganisme diantaranya yaitu bakteri dan jamur. Meningkatnya ketertarikan terhadap lipase karena enzim ini dapat digunakan sebagai katalis dalam hidrolisis untuk mensintesis ester asam lemak. Aktivase lipase terjadi di permukaan air-lemak, yang merupakan karakteristik struktural yang unik dari kelas enzim ini. Lipase menjadi unit oligopeptida heliks yang melindungi active site sehingga disebut pada interaksi dengan permukaan hidrofobik seperti droplet lemak, memungkinkan pergerakan seperti dalam jalan untuk membuka active site untuk substrat.

10 16 Active site biasanya dikarakterkan dengan senyawa triad serin, histidin, dan aspartat, kompleks enzim asli menjadi perantara penting dalam mengkatalisis reaksi lipase. Sebagai tambahan dalam fungsi biologisnya pada bakteri, jamur, tumbuhan dan hewan tingkat tinggi, lipase digunakan dalam sejumlah proses industri seperti minyak dan lemak, deterjen, roti, pembuatan keju,pembersih permukaan kulit dan proses pembuatan kertas. Enzim mikroorganisme yang banyak digunakan dalam industri umumnya adalah enzim ekstraselular karena lebih mudah diisolasi dibandingkan enzim intraselular (Marno, Septian.2008) Klasifikasi Lipase Lipase yang diisolasi dari mikroba digolongkan menjadi tiga kelompok. Kelompok tersebut antara lain (Marno,Septian. 2008) : 1. Lipase yang menghidrolisis triasilgliserol (TAG) secara acak terhadap posisi lemak pada triasilgliserol menjadi asam lemak. Kelompok mikroba tersebut antara lain Candida sp. dan Pseudomonas sp. enzim dapat menghidrolisis ikatan ester secara sempurna, menghasilkan asam lemak bebas dan gliserol. 2. Lipase yang menghidrolisis spesifik pada posisi 1 dan 3 dari triasilgliserol. Contoh mikroba penghasil tersebut adalah A. niger dan M. miehei produk yang dihasilkan berupa asam lemak bebas, 1,2-diasilgliserol, dan 2-monoasilgliserol 3. Lipase yang menghidrolisis secara spesifik asam lemak tertentu dari triasilgliserol. Contoh mikroba penghasil lipase tersebut adalah G. candidum yang mempunyai spesifitas terhadap asam lemak rantai panjang Hidrolisis Trigliserida oleh Enzim Lipase Lipase mengkatalisis reaksi hidrolisis dengan memutuskan ikatan ester dari triasilgliserol yang direaksikan dengan air. Reaksi hidrolisis menggunakan lipase merupakan metode yang cepat dan efisien karena asam lemak yang dihasilkan berupa asam lemak bebas,bukan sebagai garam asam lemak. Persen yield tertinggi yang pernah dihasilkan sebesar 97% (Akoh & Min,2002).

11 17 Selain menggunakan lipase,hidrolisis triasilgliserol dapat dilakukan menggunakan katalis asam maupun basa. Hasil reaksi yang didapat berupa garam asam lemak. Jika dibandingkan dengan lipase,maka produk asam lemak yang didapat menggunakan lipase lebih murni dengan hasil samping yang lebih sedikit. Berdasarkan nomenklatur dari Internasional Union of Biochemistry, enzim lipase berfungsi mengkatalisis trigliserida menjadi digliserida dan asam lemak. O O CH 2 O-C-R CH 2 O-H R-C-O-CH + 3H 2 O H-O-CH + 3RCOOH CH 2 O-C-R CH 2 O-H O Trigliserida Air Gliserol Asam Lemak Bebas Gambar 2.4 Hidrolisis trigliserida oleh enzim Lipase Ternyata reaksi tersebut belum lengkap karena lipase dapat menghidrolisis digliserida lebih lanjut menjadi monogliserida dan bahkan yang heterogen. Hal ini berarti lipase sangat lambat kerjanya pada larutan lemak dalam air. Tetapi sebaliknya, dalam keadaan emulsi,hidrolisis oleh lipase menjadi sangat cepat (Winarno,1992) Lipase Candida rugosa Lipase Candida rugosa memiliki massa molekul sekitar Da dengan 534 residu asam amino (Cygler & Schrag,1999). Enzim ini bekerja optimum pada kisaran ph 6,5-7,5 dengan ph isoelektriknya sebesar 4,5 (Villenueve et al.,2000). Sifat katalitiknya optimum pada rentang suhu C (Fadiloglu & Soylemez,1997).

12 18 Lipase Candida rugosa termasuk dalam kelompok lipase yang menghidrolisis TAG secara acak tehadap posisi asam lemak trigliserida menjadi asam lemak (Gambar 2.5) (ÖZTÜRK, 2001). 1,2(2,3)-diglyceride 1(3)-monoglyceride 1,3-diglyceride 2- monoglyceride + + Triglyceride lipase Fatty acids lipase fatty acid lipase glycerol + fatty acid Gambar 2.5 Hidrolisis Trigliserida oleh Lipase Candida rugosa (ÖZTÜRK,2001) Lipase Candida rugosa memiliki sisi katalitik triad (Serin 209,Glutamat 341,Histidin 449) dan penutup yang menghalangi sisi katalitik. Sisi katalitik dari enzim lipase Candida rugosa dihalangi oleh struktur heliks yang terdiri atas berbagai residu asam amino. Struktur penghalang tersebut bersifat rigid karena adanya ikatan disulfida dan interaksi ionik antara residu (Mala & Takeuchi,2008) (Cygler & Schrag,1999). Struktur tiga dimensi lipase Candida rugosa dapat dilihat pada gambar 2.6 di bawah ini. Gambar 2.6 Struktur tiga dimensi lipase Candida rugosa [Sumber: