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