PRODUKSI BAHAN BAKU SPREADS KAYA β-karoten BERBASIS MINYAK SAWIT MERAH HASIL INTERESTERIFIKASI ENZIMATIK MENGGUNAKAN REAKTOR PACKED-BED KONTINYU

Transkripsi

1 PRODUKSI BAHAN BAKU SPREADS KAYA β-karoten BERBASIS MINYAK SAWIT MERAH HASIL INTERESTERIFIKASI ENZIMATIK MENGGUNAKAN REAKTOR PACKED-BED KONTINYU Oleh PALESTINA SANTANA F FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011

2 THE PRODUCTION OF RED PALM OIL-BASED SPREADS STOCK RICH IN β-carotene THROUGH ENZYMATIC INTERESTERIFICATION IN A CONTINUOUS PACKED-BED REACTOR Palestina Santana, Sugiyono, and Soenar Soekopitojo Departement of Food Science and Technology, Faculty of Agricultural Engineering and Technology, IPB Darmaga Campus, PO Box 220, Bogor, West Java, Indonesia Phone , plo_santana@yahoo.com ABSTRACT Red palm oil is one of palm oil derivative products that still maintains its carotene content. Interesterification of fat blends containing red palm oil (RPO) and coconut oil (CNO) at various space times, catalyzed by an immobilized Candida antartica lipase (Novozyme 435), was studied for continuous production of spreads raw material in a packed-bed reactor. The packed-bed reactor was a jacketed fiber-glass column of 21 mm id and 62 mm in length. The total volume was 15 ml (packed with 5.2 g of Novozyme 435). The reactor temperature was maintained at 60 o C. Substrate feedstock was 82.5/17.5 (%w/w) mixtures of red palm oil (red palm olein/rpoo and red palm stearin/rpos by proportion 50:50) and CNO. The feed rates were controlled at 1.54, 1.04, 0.47, and 0.22 ml/min which corresponded to reactor space time (residence time) times of 10 mins, 15 mins, 30 mins, and 60 mins, respectively. The interesterified products were analyzed on its carotene content, solid fat content (SFC), slip melting point (SMP) values, moisture content, and free fatty acid content. Results indicated that the interesterified product at space time at 10 mins had the highest carotene space (89.25%). The interesterified product at various space times had SMP values of 31.2 o C, 31.3 o C, 33.5 o C, 35.9 o C, respectively, lower than that of the initial mixture (36.50 o C). The interesterified product had lower SFC values than that of the initial mixture. The longer space times used, the higher SFC values were performed. The interesterified product at space time 30 mins had the closest SFC profile to commercial margarine target. Key words: red palm oil, enzymatic interesterification, packed-bed reactor, space time, spreads i

3 PALESTINA SANTANA. F Produksi Bahan Baku Spreads Kaya β-karoten Berbasis Minyak Sawit Merah Hasil Interesterifikasi Enzimatik Menggunakan Reaktor Packed-Bed Kontinyu. Di bawah bimbingan Sugiyono dan Soenar Soekopitojo RINGKASAN Minyak sawit merupakan bahan pangan nabati yang mengandung β-karoten tinggi. Salah satu produk minyak sawit yang tetap mempertahankan kandungan β-karoten di dalamnya adalah minyak sawit merah. Minyak sawit merah berpotensi dijadikan sebagai bahan baku spreads melalui proses intersesterifikasi enzimatik. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh space time (residence time) terhadap karakteristik bahan baku spreads berbasis minyak sawit merah yang diproduksi secara interesterifikasi enzimatik menggunakan reaktor packed-bed kontinyu. Proses interesterifikasi enzimatik pada penelitian ini menggunakan reaktor packed-bed kontinyu yaitu merupakan reaktor dari bahan fiberglass, berbentuk kolom berjaket dengan diameter 21 mm dan panjang 62 mm. Proses interesterifikasi enzimatik secara kontinyu diharapkan dapat menjadi dasar proses produksi spreads kaya β-karoten skala industri. Enzim yang digunakan adalah lipase amobil dari Candida antartica (Novozyme 435). Salah satu variabel yang dapat diatur pada reaktor tersebut adalah laju aliran bahan baku menuju reaktor yang berhubungan dengan space time. Pada penelitian ini digunakan perlakuan space time (residence time) yaitu 10 menit, 15 menit, 30 menit, dan 60 menit. Analisis yang dilakukan adalah kadar asam lemak bebas, kadar air, slip melting point (SMP), solid fat content (SFC), dan total karoten. Produk hasil interesterifikasi enzimatik (RPOo/RPOs)/CNO dengan rasio 82.5/17.5 menggunakan reaktor packed-bed kontinyu menurunkan SMP dan SFC bahan. Namun semakin lama space time, semakin tinggi SFC dan SMP yang dihasilkan. Semakin lama space time, semakin rendah retensi karoten yang dihasilkan serta semakin tingi kadar air dan kadar ALB yang dihasilkan. SMP hasil interesterifikasi enzimatik dengan space time 10 menit, 15 menit, 30 menit, dan 60 menit berturut-turut adalah 31.2 o C, 31.3 o C, 33.5 o C, 35.9 o C, lebih rendah dibandingkan bahan baku yaitu 36.5 o C. Kadar air hasil interesterifikasi enzimatik berturut-turut adalah 0.100%, 0.106%, 0.118%, 0.124% lebih tinggi dibandingkan bahan baku yaitu 0.093%. Kadar hasil interesterifikasi enzimatik ALB berturut-turut adalah 1.36%, 1.39%, 2.12%, dan 2.46% lebih tinggi dibandingkan bahan baku yaitu 1.24%. Hasil interesterifikasi enzimatik dengan space time 30 menit yang memiliki nilai SFC pada suhu pengukuran 10 o C, 20 o C, 25 o C, 30 o C, 35 o C, dan 40 o C berturut-turut adalah 37.15%, 22.23%, 14.15%, 5.32%, 4.00%, dan 1.03% paling mendekati profil SFC margarin target. Retensi karoten yang paling tinggi dimiliki bahan dengan space time 10 menit yaitu 89.24% ( ppm). Bila bahan dengan space time 10 menit ini digunakan sebagai bahan baku margarin dengan asumsi kandungan lemak 80%, takaran saji 10 gram dan kehilangan β-karoten selama proses diabaikan, maka margarin berbasis minyak sawit merah akan memenuhi kebutuhan vitamin A harian masyarakat sebesar %. ii

4 PRODUKSI BAHAN BAKU SPREADS KAYA β-karoten BERBASIS MINYAK SAWIT MERAH HASIL INTERESTERIFIKASI ENZIMATIK MENGGUNAKAN REAKTOR PACKED-BED KONTINYU SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN pada Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh PALESTINA SANTANA F FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011 iii

5 Judul Skripsi Nama NIM : Produksi Bahan Baku Spreads Kaya β-karoten Berbasis Minyak Sawit Merah Hasil Interesterifikasi Enzimatik Menggunakan Reaktor Packed-Bed Kontinyu : Palestina Santana : F Menyetujui, Pembimbing I, Pembimbing II, (Dr. Ir. Sugiyono, M.App.Sc) NIP: (Ir. Soenar Soekopitojo, M.Si) NIP: Mengetahui: Ketua Departemen, (Dr. Ir. Dahrul Syah) NIP: Tanggal Lulus Ujian Skripsi: iv

6 PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul Produksi Bahan Baku Spreads Kaya β-karoten Berbasis Minyak Sawit Merah Hasil Interesterifikasi Enzimatik Menggunakan Reaktor Packed-Bed Kontinyu adalah karya hasil saya sendiri dengan arahan Dosen Pembimbing Akademik, dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada 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 dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Bogor, Januari 2011 Yang membuat Pernyataan Palestina Santana F v

7 Hak cipta milik Palestina Santana, tahun 2011 Hak cipta dilindungi Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun, baik cetak, fotokopi, mikrofilm, dan sebagainya. vi

8 BIODATA PENULIS Palestina Santana. Lahir pada tanggal 20 Januari 1989 di Denpasar, Bali. Penulis merupakan anak pertama dari empat bersaudara dari pasangan Bapak Ena Suhana Santana dan Ibu Rustini. Selain itu, penulis juga memiliki lima orang adik dari Ibu Marsiah. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar pada tahun 2000 di Sekolah Dasar Negeri 2 Sayang-Sayang, Mataram, Nusa Tenggara Barat. Pendidikan lanjutan tingkat pertama dimulai pada tahun 2000 dan diselesaikan pada tahun 2003 di Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama Negeri 2 Mataram. Penulis melanjutkan pendidikan di Sekolah Menengah Atas Negeri 2 Kuningan, Jawa Barat pada tahun 2003 dan diselesaikan pada tahun Penulis diterima di Institut Pertanian Bogor pada tahun 2006 melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan diterima di Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor (IPB) pada tahun Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif berorganisasi sebagai Sekretari 2 Dewan Perwakilan Mahasiswa Keluarga Mahasiswa (DPM KM) IPB periode , anggota Badan Eksekutif Mahasiswa Keluarga Mahasiswa (BEM KM) di Kementrian Kajian Strategis Nasional periode , sekretaris IPB Social Politic Center (ISPC) periode , wakil pimpinan umum Koran Kampus IPB periode , pengurus paguyuban mahasiswa penerima beasiswa Karya Salemba Empat (KSE) IPB periode , dan menerima tawaran sebagai pembawa acara pada berbagai kegiatan tingkat kampus, regional, nasional, dan internasional. Penulis mendapatkan penghargaan dalam Program Kreativitas Mahasiswa Gagasan Tertulis (PKM-GT) pada tahun 2010 dengan judul karya ilmiah Produksi Margarin Kaya β-karoten Berbasis Minyak Sawit Merah Hasil Interesterifikasi Enzimatik untuk Mengatasi Devisiensi Vitamin A dalam Upaya Meningkatkan SDM Indonesia. Penulis juga berkesempatan menjadi paper presenter dengan judul Development of Biofilm on Used Plastic Bottles for Biological Treatment of Small-Scale Food Industrial Waste pada 16 th Tri-U International Joint Seminar and Symposium 2009, di Mie University, Jepang, dan mengikuti program Transfer Kredit MIT di Universiti Putra Malaysia, Malaysia pada bulan Juli-November Penulis merupakan penerima beasiswa prestasi Karya Salemba Empat sejak tahun 2006 hingga tahun vii

9 KATA PENGANTAR Penulis memanjatkan syukur ke hadirat Alloh SWT karena dapat menyelesaikan skripsi dengan judul Produksi Bahan Baku Spreads Kaya β-karoten berbasis Minyak Sawit Merah Secara Interesterifikasi Enzimatik Menggunakan Reaktor Packed-Bed Kontinyu yang ditulis berdasarkan hasil penelitian pada bulan Oktober 2009 sampai dengan April Penelitian ini dilaksanakan laboratorium Southeast Asian Food and Agricultural Science and Technology (SEAFAST) Center dan Laboratorium Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan IPB. Penulisan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh space time terhadap karakteristik bahan baku spreads berbasis minyak sawit merah yang diproduksi secara interesterifikasi enzimatik menggunakan reaktor packed-bed kontinyu. Ucapan terima kasih dan penghargaan disampaikan kepada: 1. Orang tua penulis Bapak dan Mamah yang tak hentinya memberikan dukungan dan doa. 2. Tante Rini dan Om Dadang tersayang yang memberikan semangat dan kasih sayang selama di Bogor. 3. Dr.Ir.Sugiyono,M.App.Sc. selaku dosen pembimbing pertama atas waktu, arahan, dan masukan yang diberikan kepada penulis. 4. Ir.Soenar Soekopitojo,M.Si. selaku dosen pembimbing kedua yang dengan senang hati selalu menyempatkan diri mendengarkan masalah yang penulis hadapi dan atas semua masukan, nasihat, dan arahan yang diberikan. 5. Dr. Ir. Feri Kusnandar, M.Sc. atas kesediaannya menjadi dosen penguji dan atas masukan yang diberikan. 6. Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Kementerian Pendidikan Nasional yang telah membiayai penelitian ini melalui melalui Hibah Kompetitif Strategis Nasional. 7. Yayasan Karya Salemba 4 atas beasiswa dan softskill yang diberikan selama ini, terutama untuk Pak Dadit, Mbak Inka, Pak Hengky, pengurus KSE dan paguyuban IPB. 8. Teman-teman seperjuangan Mario Wibowo dan Moh Taufik atas kerjasama dan bantuan selama penelitian. 9. Teman, sahabat, saudara, soulmate tercinta, Picil yang selama ini selalu mendampingi dan memberikan masukan dan kasih sayang. 10. Sahabat-sahabat tercinta Uliz, Citra, Sandra dan Septi yang selalu memberikan semangat. 11. Teman-teman ITP 43 yang sudah memberikan dukungan dan kenangan selama bersama di ITP. 12. Teman-teman hangouters, Andi, Haya, Dimaz, dan Iqbal, terima kasih atas waktu yang diluangkan bersama. 13. Teman-teman di laboratorium SEAFAST atas kerjasama dan sharing yang telah diberikan. 14. Special thanks for Sedin Gabeljic for your support during my viva, Nedostajes mi. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat memberikan informasi dalam teknologi pangan dan dapat bermanfaat bagi penulis khususnya, dan bagi pembaca pada umumnya. Bogor, Januari 2011 Penulis viii

10 DAFTAR ISI Halaman ABSTRACT...i RINGKASAN... ii LEMBAR JUDUL...iii LEMBAR PENGESAHAN...iv PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI... v HALAMAN HAK CIPTA...vi BIODATA PENULIS...vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR TABEL... xi DAFTAR GAMBAR...xii DAFTAR LAMPIRAN... xiii I. PENDAHULUAN... 1 A. LATAR BELAKANG... 1 B. TUJUAN PENELITIAN... 2 C. MANFAAT PENELITIAN... 2 II. TINJAUAN PUSTAKA... 3 A. MINYAK KELAPA SAWIT... 3 B. MINYAK SAWIT MERAH... 5 C. KAROTENOID... 5 D. MINYAK KELAPA... 6 E. INTERESTERIFIKASI ENZIMATIK... 8 F. ENZIM LIPASE... 9 G. REAKTOR PACKED-BED H. SPREADS III. BAHAN DAN METODE A. BAHAN DAN ALAT B. METODE PENELITIAN Penelitian Tahap Pertama Penelitian Tahap Kedua ix

11 3. Penelitian Tahap Ketiga C. METODE ANALISIS IV. PEMBAHASAN A. PENELITIAN TAHAP PERTAMA : KARAKTERISASI BAHAN BAKU Total Karoten Profil Slip Melting Point (SMP) dan Solid Fat Content (SFC) Kadar Air dan Asam Lemak Bebas (ALB) B. PENELITIAN TAHAP KEDUA: PENENTUAN FORMULA TERPILIH Total Karoten Profil Slip Melting Point (SMP) dan Solid Fat Content (SFC) C. PENELITIAN TAHAP KETIGA: INTERESTERIFIKASI ENZIMATIK MENGGUNAKAN REAKTOR PACKED-BED KONTINYU Total Karoten Profil Slip Melting Point (SMP) dan Solid Fat Content (SFC) Kadar Air dan Kadar Asam Lemak Bebas (ALB) V. KESIMPULAN DAN SARAN A. KESIMPULAN B. SARAN VI. DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN x

12 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Komposisi asam lemak dari minyak sawit Tabel 2. Komposisi triasilgliserol dari minyak sawit... 3 Tabel 3. Karakteristik RBD dari minyak sawit dan fraksi-fraksinya... 4 Tabel 4. Karakteristik minyak sawit merah (MSM)... 5 Tabel 5. Fraksi karotenoid minyak sawit Tabel 6. Komposisi asam lemak minyak kelapa Tabel 7. Komposisi triasilgliserol minyak kelapa... 7 Tabel 8. Total karoten bahan baku Tabel 9. Tabel 10. Kandungan karoten hasil penelitian Widarta (2008), Hasrini (2008), dan Riyadi (2009) Profil solid fat content (SFC) dan slip melting point (SMP) bahan baku Tabel 11. Nilai SFC dan SMP bahan baku pada penelitian Hasrini (2008) Tabel 12. Kadar ALB dan kadar air bahan baku Tabel 13. Kadar air dan kadar asam lemak bebas bahan baku penelitian Widarta (2008), Hasrini (2008), dan Riyadi (2009) Tabel 14. Tabel 15 Tabel 16. Tabel 17. Perbandingan total karoten sebelum dan setelah interesterifikasi enzimatik menggunakan shaker inkubator Perbandingan total karoten sebelum dan sesudah interesterifikasi enzimatik hasil penelitian Hasrini (2008) Perbandingan SMP sebelum dan setelah interesterifikasi enzimatik dalam shaker inkubator Perbandingan SMP sebelum dan setelah interesterifikasi enzimatik hasil penelitian Hasrini (2008) Tabel 18. Nilai SFC dan SMP dari sampel, margarin target (Fattahi-far et al. 2006), margarin A dan margarin B Tabel 19 Tabel 20. Tabel 21. Tabel 22. Total karoten setelah interesterifikasi enzimatik menggunakan reaktor packedbed kontinyu Recommeded dietary intake (RDA) vitamin A (µg RE/hari) dibandingkan dengan persentasi pemenuhannya oleh spread (margarin) berbasis minyak sawit merah SMP setelah interesterifikasi enzimatik menggunakan reaktor packed-bed kontinyu Kadar ALB (%) dan kadar air (%) setelah interesterifikasi enzimatik menggunakan reaktor packed-bed kontinyu Tabel 23. Kadar air dan kadar ALB hasil interesterifikasi Hasrini (2008) xi

13 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Struktur α-karoten dan β-karoten... 6 Gambar 2. Prinsip reaksi interesterifikasi... 8 Gambar 3. Desain reaktor packed-bed kontinyu Gambar 4. Diagram proses fraksinasi Gambar 5. Prosedur interesterifikasi enzimatik Gambar 6. Gambar 7. Diagram pelaksanaan penelitian tahap ketiga (reaksi interesterifikasi enzimatik dalam reaktor packed-bed) Rangkaian alat proses interesterifikasi enzimatik menggunakan reaktor packed-bed kontinyu Gambar 8. Skema sistem reaktor kontinyu Gambar 9. Profil SFC hasil interesterifikasi enzimatik Hasrini (2008) Gambar 10. Gambar 11 Profil SFC dari campuran sebelum dan setelah interesterifikasi enzimatik (IE) pada perlakuan (A) M75, (B) M77, dan (C) M82 yang dibandingkan dengan profil SFC margarin komersial target, margarin A, dan margarin B Profil SFC dari campuran sebelum dan setelah interesterifikasi enzimatik (IE) pada perlakuan (A) S10, (B) S15, (C) S30 dan (D) S60 yang dibandingkan dengan profil SFC margarin komersial target, margarin A, dan margarin B xii

14 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Karakteristik bahan baku untuk interesterifikasi enzimatik Lampiran 2. Karakteristik hasil interesterifikasi enzimatik (IE) menggunakan shaker inkubator Lampiran 3. Lampiran 4. Lampiran 5. Lampiran 6. Lampiran 7. Lampiran 8. Lampiran 9. Karakteristik hasil interesterifikasi enzimatik (IE) menggunakan reaktor packed-bed kontinyu... Hasil ANOVA dengan uji lanjut DUNCAN pada karakter total karoten dari hasil IE menggunakan shaker inkubator... Hasil ANOVA dengan uji lanjut DUNCAN pada karakter SMP dari hasil IE menggunakan shaker inkubator... Hasil ANOVA dengan uji lanjut DUNCAN pada karakter total karoten dari hasil IE menggunakan reaktor packed-bed kontinyu Hasil ANOVA dengan uji lanjut DUNCAN pada karakter SMP dari hasil IE menggunakan reaktor packed-bed kontinyu... Hasil ANOVA dengan uji lanjut DUNCAN pada kadar air dari hasil IE menggunakan reaktor packed-bed kontinyu... Hasil ANOVA dengan uji lanjut DUNCAN pada kadar ALB dari hasil IE menggunakan reaktor packed-bed kontinyu xiii

15 I. PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG Minyak sawit dapat dijadikan bahan baku berbagai produk olahan, seperti minyak goreng, shortening, vanaspati, mayonnaise, dan salad dressing. Pada produk olahan minyak sawit tersebut, kandungan β-karoten sudah banyak hilang akibat proses produksi. Salah satu produk minyak sawit yang tetap mempertahankan kandungan β-karoten di dalamnya adalah minyak sawit merah. Kandungan β-karoten dalam minyak sawit merah berkisar antara ppm (Unnithan dan Foo 2001). Karoten dalam minyak sawit telah diteliti mampu menanggulangi defisiensi vitamin A (Lam et al. 2001). Oleh karena kandungan β-karoten yang tinggi, maka diperlukan upaya untuk mempertahankan kandungan β-karoten agar dapat dimanfaatkan sebanyak-banyaknya. Salah satu potensi pemanfaatan minyak sawit merah adalah dijadikan sebagai bahan baku spreads. Spreads adalah produk berbentuk semi padat, plastis, mempunyai tekstur yang lembut dan viskositas yang cukup rendah sehingga dapat dengan mudah dioleskan pada suatu permukaan bahan lain seperti roti dan mampu menyebar (spreadable) (Kristanti 1989). Menurut Lida et al. (2002), minyak sawit merah memiliki sifat fisik yang cocok sebagai bahan baku spreads yaitu memiliki stabilitas terhadap oksidasi dan termal yang tinggi, serta plastisitas yang cenderung mengandung triasilgliserol bertitik leleh tinggi (fraksi stearin). Selain itu, kandungan karoten yang tinggi pada minyak merah diharapkan mampu meningkatkan nilai gizi dari produk spreads itu sendiri. Spreads harus memiliki sifat yang plastis sehingga mempunyai kemampuan untuk dioles dan membentuk krim. Konsistensi dan kekuatan produk sangat dipengaruhi oleh rasio antara fase dan karakter kristalin dari fase padatnya. Kandungan padat dan kristalinitas tergantung komposisi campuran lemak dan kondisi proses (Gustone et al. 1994). Minyak sawit tidak menghasilkan produk yang cepat meleleh di mulut, sehingga untuk membuat spreads minyak sawit harus dicampur dengan minyak lain agar dapat memperbaiki kandungan lemak padatnya (solid fat content). Hal ini dipengaruhi oleh komposisi asam lemak pada triasilgliserol dalam minyak sawit yaitu didominasi oleh susunan palmitat-oleat-palmitat (POP) yang cenderung membentuk granula kristal yang rapuh. Oleh karena itu, perlu dilakukan interesterifikasi terhadap minyak lain yang mengandung asam lemak berantai sedang dan jenuh, sehingga diharapkan dapat mengubah sifat fisik dari lemak. Salah satu sumber minyak tersebut adalah minyak kelapa (CNO) yang mengandung asam lemak berantai sedang dan pendek (Lida et al. 2002). Interesterifikasi perlu dilakukan untuk menyusun kembali susunan asam lemak dalam triasilgliserol dalam campuran minyak sawit merah dan minyak kelapa sehingga diharapkan dapat menghasilkan bahan baku spreads yang memiliki sifat plastis dan kandungan solid fat content yang mendukung kemampuan untuk dioles (spreadable). Interesterifikasi pada penelitian ini menggunakan enzim lipase terimobilisasi dari Candida antartica yaitu Novozyme 435 (nonspesifik). Proses interesterifikasi enzimatik dilakukan dengan sistem kontinyu dengan tujuan dapat lebih mudah diaplikasikan dalam skala besar atau skala industri. Oleh karena itu interesterifikasi dilakukan pada sebuah reakor packed-bed yang mampu menghasilkan produk secara kontinyu. Reaktor packed-bed umumnya berupa tabung silinder yang diisi 1

16 dengan partikel katalis (enzim amobil), sedangkan reaktan (substrat) dialirkan melewati katalis dalam reaktor, sehingga dapat dikonversi menjadi produk. Reaktor packed-bed memiliki dimensi dan variabel perlakuan yang dapat dimodifikasi mendekati model industri. Salah satu variabel yang dapat diatur pada reaktor tersebut adalah laju aliran bahan baku menuju reaktor. Laju aliran berhubungan dengan space time atau waktu yang diperlukan untuk mengolah reaktan sebanyak satu volume reaktor pada kondisi tertentu (Levenspiel 1972). Space time merupakan lamanya reaktan berada dalam reaktor untuk berinteraksi dengan enzim. Pada penelitian ini dilakukan perlakuan space time yaitu 10 menit, 15 menit, 30 menit, dan 60 menit. Space time yang optimum diharapkan dapat menjadi dasar proses pembuatan bahan baku spreads kaya β karoten dalam sistem kontinyu skala industri. B. TUJUAN PENELITIAN Pada penelitian ini dilakukan proses interesterifikasi enzimatik terhadap minyak sawit merah dengan minyak kelapa menggunakan enzim lipase (Novozyme 435) dalam reaktor packed-bed kontinyu. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh space time terhadap karakteristik bahan baku spreads berbasis minyak sawit merah yang diproduksi secara interesterifikasi enzimatik menggunakan reaktor packed-bed kontinyu. C. MANFAAT PENELITIAN Penelitian ini bermanfaat untuk memberikan informasi mengenai penerapan teknologi interesterifikasi enzimatik dalam produksi bahan baku spreads berbasis minyak sawit merah. Proses kontinyu ini juga bermanfaat untuk scaling up produksi di skala industri menggunakan reaktor packed-bed kontinyu. Penggunaan minyak sawit merah sebagai bahan baku bermanfaat sebagai bagian dari usaha diversifikasi pangan dan pemanfaatan kandungan -karoten di dalamnya sebagai sumber vitamin A bagi masyarakat. 2

17 II. TINJAUAN PUSTAKA A. MINYAK KELAPA SAWIT Minyak kelapa sawit adalah minyak yang diekstrak dari daging buah tanaman kelapa sawit (Elaeis guineensis Jacq). Dari kelapa sawit, dapat diperoleh dua jenis minyak yang berbeda sifatnya, yaitu minyak dari inti (endosperm) sawit disebut dengan minyak inti sawit (palm kernel oil) dan minyak dari sabut yang disebut minyak sawit (crude palm oil) (Ketaren 2005). Menurut Wan (2000), komponen utama minyak sawit adalah triasilgliserol (94%). Rantai asam lemak memiliki jumlah karbon yang sangat bervariasi yang terlihat pada panjang rantai dan ikatannya dalam struktur (ganda atau tunggal). Titik leleh asam stearat adalah 69.6 o C, titik leleh palmitat adalah 63.1 o C. Komposisi asam lemak dan triasilgliserol dalam minyak sawit dan titik cairnya dapat dilihat pada Tabel 1 dan Tabel 2. Tabel 1. Komposisi asam lemak minyak sawit Asam lemak Minyak sawit kasar (%) Olein (%) Stearin (%) Laurat (C12) (0.24) (0.27) (0.18) Miristat (C14) (1.11) (1.09) (1.27) Palmitat (C16) (44.14) (40.93) (56.79) Stearat (C18) (4.44) (4.18) (4.93) Oleat (C18:1) (39.04) (41.51) (29.00) Linoleat (C18:2) (10.57) (11.64) (7.23) Linolenat (C18:3) (0.37) (0.40) (0.09) Arakidat (C20:0) (0.38) (0.37) (0.24) Sumber : Gee (2007) Tabel 2. Komposisi triasilgliserol dari minyak sawit MPP PMP PPP PPS PSP Lainnya Total Jenuh 1 ikatan ganda 2 ikatan ganda 3 ikatan ganda 4 ikatan ganda [%b/b] [%b/b] [%b/b] [%b/b] [%b/b] MOP MPO POP POS PMO PPO PSO SOS SPO MLP MOO PLP PLS PPL SPL POO SOO SPO OSO MLO PLO POL SLO SOL OSL OOO OPL M: asam miristat; P: asam palmitat; S:asam stearat; O: asam oleat; L: asam linoleat Sumber: Gee (2007) PLL OLO OOL OLL LOL

18 Minyak kelapa sawit kasar memiliki pigmen karotenoid berwarna kuning merah. Sedangkan minyak inti sawit (palm kernel oil) memiliki kandungan karotenoid dalam jumlah sangat sedikit. Perbedaan lain terdapat pada kandungan asam lemaknya. Minyak inti sawit terdapat asam lemak kaproat, asam lemak kaprilat, dan asam lemak laurat, namun ketiga asam lemak tersebut tidak terdapat dalam minyak sawit kasar (Murdiati 1992). Minyak inti sawit mencair pada suhu kamar, sedangkan minyak sawit kasar mencair pada suhu 60 o C. Perbedaan sifat ini disebabkan oleh perbedaan jenis dan jumlah rantai asam lemak pada triasilgliserol dalam kedua minyak tersebut. Minyak sawit kasar (CPO) mengandung ppm karoten (Gee 2007). Kandungan utama dalam konsentrat karoten adalah α dan β-karoten. Minyak sawit juga mengandung vitamin E sekitar ppm yang berperan dalam mengurangi kolesterol low density lipoprotein (LDL) dan memiliki sifat anti kanker. Sifat fisik minyak sawit yang penting untuk ditentukan seperti densitas, panas spesifik, viskosiotas, slip melting point (SMP), dan solid fat content (SFC). SMP adalah suhu pada saat lemak dalam pipa kapiler yang berada dalam air menjadi cukup leleh untuk naik dalam pipa kapiler. Nilai SFC merupakan nilai pengukuran (dalam persen) jumlah minyak padat yang terkandung dalam minyak pada suhu tertentu. Bentuk padat tersebut diakibatkan oleh proses kristalisasi yang terjadi pada minyak. Nilai SFC menggambarkan daya oles (spreadability) bahan pada suhu tertentu. Karakterisitik refined bleached deodorized (RBD) minyak sawit yang diteliti oleh Gee (2007) dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Karakteristik RBD minyak sawit dan fraksi-faksinya Parameter Minyak Kelapa Sawit Olein Stearin Bilangan lodin (52.07) (56.75) (37.74) Slip Melting Point ( ) (36.72) (21.45) (51.44) Indeks Refraksi (1.45) (1.45) (1.44) Apparent Density (g/ml) (0.88) (0.89) (0.88) Solid fat content (%) pada (53.7) (38.3) (76.0) (39.1) (38.3) (68.9) (26.1) (19.9) (60.2) (16.3) (5.7) (50.6) (10.5) (2.1) (40.4) (7.9) (34.3) (4.6) (28.1) (22.4) (12.5) (0.6) Nilai dalam tanda kurung adalah nilai tengah Sumber: Gee (2007) 4

19 B. MINYAK SAWIT MERAH Minyak sawit merah (MSM) merupakan minyak yang dihasilkan dari pemurnian minyak sawit kasar (CPO) namun tanpa melalui proses pemucatan (bleaching) sehingga warna merah pada minyak tetap dipertahankan. Warna merah pada minyak sawit merah disebabkan karena kandungan karoten yang tinggi. Minyak sawit merah masih memiliki aktivitas provitamin A dan vitamin E sehingga sangat baik dari segi nutrisi (Jatmika dan Guritno 1996). Karakteristik minyak sawit merah dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Karakteristik minyak sawit merah (MSM) Parameter Asam Lemak Bebas Kadar Air (%, b/b) Bilangan Iod ( g I 2 /100 g MSM) Bilangan Peroksida (meq/kg MSM) Bilangan Penyabunan (mgkoh/gmsm) Total Karoten (ppm) Sumber : Puspitasari (2008) Jumlah Pemanfaatan minyak sawit pada umumnya masih didominasi untuk produk pangan. Sekitar 90% minyak sawit digunakan untuk produk-produk pangan seperti minyak goreng, minyak salad, margarin, shortening, vanaspati, sedangkan sekitar 10% minyak sawit digunakan untuk produk-produk nonpangan (Muchtadi 1997). Minyak sawit merah tidak dianjurkan digunakan sebagai minyak goreng karena kandungan karotennya akan rusak dalam proses pemanasan pada suhu tinggi. Minyak sawit merah lebih dianjurkan sebagai minyak makan dalam tumisan, minyak salad, dan bahan fortifikan. Minyak sawit merah dianjurkan untuk diberikan pada anak-anak prasekolah sebanyak 7 ml tiap hari (Olson 1991). Rukmini (1994) menyebutkan bahwa hasil penelitian terhadap anak-anak di India yang mengkonsumsi makanan kaya β-karoten ternyata terjadi peningkatan retinol dalam hati dan serum darah. C. KAROTENOID Karotenoid merupakan kelompok pigmen yang berwarna kuning, jingga, merah jingga serta larut dalam minyak (Winarno 1991). Karotenoid mempunyai struktur dasar delapan satuan isoprenoid. Kedua gugus metil yang dekat pada molekul pusat terletak pada posisi C-1 dan C-6, sedangkan gugus metil lainnya terletak pada posisi C-1 dan C-5, serta di antaranya terdapat ikatan ganda terkonyugasi (Klaui dan Bauernfeind 1981). Karotenoid termasuk senyawa lipid yang dapat larut pada senyawa lipid lainnya, sehingga disebut lipofilik. Karotenoid juga dapat larut pada pelarut lemak seperti aseton, alkohol, dietil eter, dan kloroform. Karotenoid dibagi menjadi dua golongan yaitu karoten dan xantofil. Karoten merupakan senyawa hidrokarbon, sedangkan xantofil mengandung oksigen dalam bentuk hidroksil, metoksil, karboksil, keto atau epoksi. Cara penggolongan lain menurut deman (1997), karotenoid dapat dibagi ke dalam 3 golongan: (1) asiklik seperti lekopen (2) 5

20 monosiklik seperti γ-karoten, dan (3) bisiklik seperti α-karoten dan β-karoten. Berdasarkan fungsinya, karoten dibagi menjadi dua golongan yaitu karotenoid yang bersifat nutrisi aktif seperti β-karoten dan karotenoid yang bersifat nonnutrisi aktif seperti fucosantin, neosantin, dan violasantin (Tan 1990). Struktur kimia α-karoten, β-karoten dapat dilihat pada Gambar 1. α karoten ß karoten Gambar 1. Struktur α-karoten dan β-karoten (Klaui dan Bauernfied 1981) Karotenoid memiliki fungsi sebagai provitamin A karena tubuh manusia mampu mengubahnya menjadi vitamin A (retinol). Minyak sawit dikelompokkan ke dalam bahan pangan yang merupakan sumber vitamin A yang tinggi (Winarno 1991). Minyak sawit merupakan sumber karotenoid terbesar untuk bahan nabati yaitu dengan kandungan karotenoid 30,000 µg RE/g (Choo 1994). Minyak sawit mengandung karotenoid yang terdiri dari α-karoten, β-karoten, γ-karoten, likopen, xantofil, dan γ-zaekaroten. Fraksi karotenoid dalam minyak sawit dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 5. Fraksi karotenoid minyak sawit α-karoten β-karoten Karoten esensial lainnya Sumber: Winarno (1991) Komponen Jumlah (%) Karotenoid dapat berperan sebagai antioksidan karena struktur molekulnya mempunyai ikatan ganda yang sangat mudah mengalami oksidasi secara acak menurut kinetika reaksi ordo pertama (Gaziano 1990). Beta karoten mempunyai aktifitas biologis yang bermanfaat untuk menanggulangi kebutaan, mengurangi terjadinya penyakit kanker, proses penuaan terlalu dini, mengurangi terjadinya penyakit degeneratif. Selain itu, -karoten juga bersifat antiarterosklerosis yang dapat mencegah penyakit kardiovaskuler. D. MINYAK KELAPA Minyak kelapa merupakan minyak yang berasal dari buah kelapa (Cocos nucifera). Minyak kelapa menurut Woodroof (1979) dapat digunakan sebagai bahan baku untuk industri pangan seperti produk-produk permen, cookies dan produk-produk roti, minyak 6

21 goreng, campuran shortening dan mentega, dan lain-lain. Dalam industri nonpangan minyak kelapa digunakan sebagai bahan baku produk sabun, detergen, minyak rambut, lipstik, minyak gosok, minyak pelumas, dan lain-lain. Minyak kelapa termasuk senyawa organik yang merupakan campuran ester dari gliserol dan asam lemak yang disebut asilgliserol, serta larut dalam pelarut minyak atau lemak (Meyer 1982). Minyak kelapa mengandung 84% triasilgliserol yang ketiga asam lemaknya jenuh, 12% triasilgliserol dengan dua asam lemak jenuh dan 4% triasilgliserol yang mempunyai satu asam lemak jenuh (Swern 1979). Komposisi asam lemak minyak kelapa dapat dilihat di Tabel 6. Tabel 6. Komposisi asam lemak minyak kelapa Jenis asam lemak Jumlah (%) Asam lemak jenuh Asam kaproat (C6:0) Asam kaprilat (C8:0) Asam kaprat (C10:0) Asam laurat (C12:0) Asam miristat (C14:0) Asam palmitat (C16:0) Asam stearat (C18:0) Asam lemak tidak jenuh Asam palmitoleat (trans C18:1) Asam oleat (cis C18:1) Asam linoleat (C18:2) Sumber : Eckey (1954) Triasilgliserol yang dominan pada kelapa sawit adalah trilaurin yaitu sebesar 21.2%. Asam laurat memiliki titik leleh sebesar 44 o C. Komposisi trigliserida pada minyak kelapa dapat dilihat pada Tabel 7. Tabel 7. Komposisi triasilgliserol minyak kelapa TAG (%) TAG (%) CCLa 12.9 LaPO 1.6 CLaLa 17.4 LaPP+MMO 2.1 LaLaLa 21.2 MMP 0.2 LaLaM 18 MOO 0.8 LaLaO 3.1 MPO+POL 1.1 LaMM 10.2 OOO 0.6 LaLaP 0.5 POO 0.3 LaMO 2.4 PPO 0.7 LaMP 5.5 PPP 0.6 LaOO 1.1 Keterangan: TAG: triasilgliserol; C: kaprat; La: laurat; M: miristat; P: palmitat; O: oleat; L: linoleat Sumber: (Tan dan Man 2002) 7

22 Minyak kelapa yang telah dimurnikan, dipucatkan, dan dihilangkan odornya (refinedbleached-deodorized) mempunyai penampakan berupa cairan bening agak kekuningan karena zat warna alamiah karoten yang dimilikinya. Warna coklat pada minyak kelapa disebabkan oleh reaksi pencoklatan (browning) karena kandungan protein dan karbohidrat dalam minyak (Ketaren 1986). Minyak kelapa berdasarkan kandungan asam lemaknya digolongkan ke dalam minyak asam laurat, karena kandungan asam lauratnya paling besar dibandingkan asam lemak lainnya. E. INTERESTERIFIKASI ENZIMATIK Reaksi interesterifikasi merupakan reaksi penyusunan kembali asam-asam lemak ke dalam molekul triasilgliserol (Tombs 1995). Reaksi interesterifikasi adalah suatu cara untuk mengubah struktur dan komposisi minyak dan lemak melalui penukaran gugus radikal asil di antara triasilgliserol dan asam alkohol (alkoholisis), lemak (asidolisis), atau eter (transterifikasi). Prinsip reaksi interesterifikasi dapat dilihat pada Gambar Asidolisis 2. Alkoholisis ii. 3. Transesterifikasi Gambar 2. Prinsip reaksi interesterifikasi (Huyghebaert et al. 1994) 8

23 Interesterifikasi tidak mempengaruhi kejenuhan asam lemak atau menyebabkan terjadinya isomerasi asam lemak yang memiliki ikatan ganda. Jadi dapat dikatakan bahwa reaksi interesterifikasi tidak akan mengubah sifat dan profil asam lemak yang ada, tetapi mengubah profil lemak dan minyak karena memiliki susunan triasilgliserol awalnya (Tombs 1995). Reaksi interesterifikasi enzimatik melibatkan pergantian dan pendistribusian ulang grup asil di dalam asilgliserol. Proses penggantian asam lemak itu sendiri dapat melalui tiga tipe reaksi yaitu reaksi alkoholisis, asidolisis, dan transesterifikasi. Reaksi alkoholisis merupakan reaksi antara ester dengan alkohol. Reaksi asidolisis melibatkan perpindahan gugus asil antara asam dan ester, dan cara ini merupakan cara yang efektif menggabungkan asam lemak bebas baru dalam triasilgliserol. Reaksi transesterifikasi merupakan pertukaran gugus asil antara dua ester (Wills dan Marangoni 2002), dapat terjadi pada triasilgliserol yang berbeda atau di antara triasilgliserol itu sendiri. Pertukaran ester dapat meningkatkan sifat fisik lemak karena terjadi perubahan susunan gugus asil pada triasilgliserol tersebut. Reaksi ini banyak digunakan untuk produk lemak seperti margarin, mentega dan shortening. Siew et al. (2007) mempelajari perubahan sifat fisik campuran stearin dan minyak kanola (hps/co) yang diinteresterifikasi enzimatik dengan lipase terimobilisasi Thermomyces lanuginosa (Lipozyme TL IM). Hasilnya menunjukkan campuran setelah interesterifikasi enzimatik mempunyai SMP dan SFC lebih rendah daripada campuran hps/co sebelum reaksi. Hasil SMP campuran hps/co setelah interesterifikasi enzimatik dengan rasio 40:60, 50:50, dan 60:40 dapat digunakan untuk aplikasi margarin batang (stick margarine) dan shortening. Dari analisis SFC, campuran hps/co terinteresterifikasi dengan rasio 40:60 mempunyai kurva SFC mirip dengan vanaspati sedangkan rasio 50:50 dan 60:40 mempunyai kurva SFC serupa dengan margarin, puff pastry margarine dan shortening. Osório et al. (2005) mempelajari perubahan SFC pada suhu 35 o C (SFC 35 o C ) campuran stearin sawit dan minyak kedelai yang diproses secara intersesterifikasi enzimatik dengan Novozyme 435 menggunakan fluidized-bed reactor. Hasilnya menunjukkan campuran setelah interesterifikasi enzimatik mempunyai SFC 35 o C lebih rendah daripada campuran sebelum reaksi. F. ENZIM LIPASE Lipase didefinisikan sebagai gliserol ester hidrolase (EC ) karena mengkatalisis hidrolisis ikatan karboksil ester dalam asilgliserol. Aktifitasnya bergantung pada derajat hidrolisis, asam lemak bebas, monoasilgliserol, diasilgliserol, dan gliserol yang diproduksi. Manfaat utama dari lipase dalam interesterifikasi enzimatik dibandingkan interesterifikasi kimia adalah kespesifikannya. Spesifisitas asam lemak dari lipase yang telah dieksploitasi untuk memproduksi lemak terstruktur untuk makanan kesehatan dan untuk memperkaya lemak dengan asam lemak tertentu untuk memperbaiki nilai nutrisi minyak dan lemak. Tipetipe spesifisitas lipase menurut Rønne et al. (2005) adalah substrat, posisional, asam lemak, stereo/struktur dan kombinasinya. Lipase akan mengkatalisis hidrolisis substrat yang terdapat dalam bentuk misel, agregat kecil atau partikel emulsi (Macrae 1983). Cara kerjanya berbeda-beda bergantung dari jenis mikroorganisme dan sumber penghasilnya. Spesifisitas kerja lipase bergantung pada posisi atau lokasi ester, asam lemak dan asilgliserol parsial. 9

24 Lipozyme TL IM merupakan enzim komersial terimobilisasi yang berasal dari lipase mikroba Thermomyces lanuginosa yang mempunyai kespesifitasan posisional molekul triasilgliserol yaitu pada posisi primer (sn-1 dan atau sn-3). Spesifitas yang enzim ini menghasilkan produk dengan triasilgliserol baru dengan jenis asam lemak yang berubah pada posisi 1 dan 3 pada triasilgliserol. Lipozyme TL IM diarahkan penggunaannya di industri untuk membuat fat spreads bebas lemak trans (de Guzman 2004). Sedangkan Novozyme 435 berasal dari lipase dari mikroba Candida antartica yang mampu mengubah susunan posisional triasilgliserol secara acak (nonspesifik). Nonspesifitas yang dimiliki enzim ini menghasilkan produk baru dengan triasilgliserol yang lebih beragam, karena Novozyme 435 mengubah posisi asam lemak dalam triasilgliserol secara acak, tidak berdasarkan posisinya. Di industri, Novozyme 435 digunakan sebagai katalis untuk mensintesis ester sederhana, poliester, termasuk di dalamnya triasilgliserol (Novozymes 2010). Lipozyme TL IM dan Novozyme 435 terimobilisasi dalam bentuk metode penjebakan, yaitu enzim dijebak di dalam matriks silika gel atau di bungkus di dalam membran semipermiabel dengan erat sehingga enzim menjadi tidak bebas dan menjalankan fungsi katalitiknya di dalam kisi-kisi polimer tersebut. Enzim diperangkap secara fisik dan tidak diikat secara kimiawi, sehingga kemungkinan penurunan aktivitasnya pun lebih kecil dibandingkan dengan metode peningkatan kimiawi. Sarana penempatan enzim dapat berbentuk gel, suatu bentuk serabut kapiler atau suatu mikrokapsul (Suhartono 1989) Beberapa faktor yang mempengaruhi aktivitas lipase yaitu ph, kadar air, suhu, komposisi substrat, konsentrasi produk, dan kandungan lipase. ph optimum untuk lipase biasanya di antara 7 dan 9. Suhu optimum untuk kebanyakan lipase imobil berkisar antara o C. Kadar air optimal untuk interesterifikasi oleh lipase berkisar antara 0.04% sampai 11% (w/v), walaupun kebanyakan reaksi membutuhkan kadar air kurang dari 1% untuk interesterifikasi yang efektif (Wills dan Marangoni 2002). Penelitian yang dilakukan Zang et al. (2001) menguji kestabilan enzim murah Lipozyme TL IM untuk memproduksi lemak margarin skala besar (300 kg) dalam sistem bebas pelarut. Penelitian itu menunjukkan bahwa Lipozyme TL IM mempunyai aktivitas serupa dengan Lipozyme RM IM untuk interesterifikasi antara stearin sawit dan minyak kelapa. Lipozyme TL IM stabil terhadap reaktor skala 300 kg paling sedikit pada sembilan bacthes. Penelitian yang dilakukan Osório et al. (2005) menguji aktivitas Novozyme 435 untuk memproduksi spreads skala laboratorium secara kontinyu selama 21 hari dengan laju aliran 1 ml/menit. Penelitian itu menunjukkan bahwa hasil interesterifikasi enzimatik menunjukkan tidak adanya perubahan nilai SFC 35 o C yang signifikan pada 16 hari pertama, namun terjadi penurunan secara signifikan setelah hari ke-17 sampai hari ke-21. G. REAKTOR PACKED-BED Reaktor merupakan alat yang digunakan untuk konversi biokimia dengan menggunakan mikroorganisme atau isolat enzim sebagai katalis. Salah satu reaktor adalah reaktor packed-bed yang termasuk kedalam tipe reaktor kontinyu. Dalam reaktor packed-bed dikenal istilah space time (residence time) yang didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan untuk mengolah reaktan sebanyak satu volume reaktor pada kondisi tertentu (Levenspiel 10

25 1972). Laju volumetrik umpan didefinisikan sebagai volume umpan yang masuk dalam reaktor per satuan waktu. Space time analog dengan waktu reaksi dalam sistem batch. Space time yang dinyatakan sebagai berikut : volume reaktor τ = laju volumetrik umpan = V ύ Reaktor packed-bed umumnya berupa tabung silinder yang diisi dengan partikel katalis (enzim amobil), sedangkan reaktan (substrat) dialirkan melewati katalis dalam reaktor, sehingga dapat dikonversi menjadi produk. Reaktor packed-bed yang digunakan dalam penelitian ini adalah kolom fiberglass berjaket dengan diameter dalam 21 mm, diameter luar 52 mm, dan panjang 62 mm. Volume dari reaktor adalah 15 ml dan dapat diisi oleh enzim lipase Novozyme 435 sebanyak 5.2 g. Gambaran dimensi dari rekator packed-bed dapat dilihat pada Gambar 3. Gambar 3. Desain reaktor packed-bed kontinyu (Soekopitojo 2003) Substrat dapat dialirkan dalam tiga bentuk yaitu metode aliran dari atas ke bawah (downward flow method), metode aliran dari bawah ke atas (upward flow method) serta aliran recycling (recycling method). Aliran dari atas ke bawah (downward flow method) dapat mencegah terjadinya fluidisasi partikel enzim tetapi dapat terjadi channeling atau distribusi aliran substrat yang tidak merata akibat adanya gravitasi atau laju aliran substrat yang terlalu cepat (Hill 1977). Untuk mengatasi masalah tersebut maka digunakan aliran dari bawah ke atas (upward flow method) dan aliran ini lebih disukai industri karena tidak terjadi penekanan terhadap kolom enzim. Reaktor packed-bed kontinyu mempunyai beberapa keuntungan jika dibandingkan dengan reaktor lain yaitu: 1. Mudah digunakan, kontrol dan operasi secara otomatis 2. Mengurangi biaya 3. Kondisi operasi stabil 4. Kualitas produk yang dihasilkan mudah dikontrol. 11

26 H. SPREADS Spreads adalah produk berbentuk semipadat, plastis, mempunyai tekstur yang lembut dan viskositas yang cukup rendah sehingga dapat dengan mudah dioleskan ke suatu permukaan bahan makanan lain seperti roti dan mampu menyebar (spreadable) (Kristanti 1989). Umumnya digunakan lemak nabati untuk memperoleh sifat yang spreadable. Menurut standar Codex (2007), spreads merupakan produk lemak yang memiliki kandungan lemak tidak kurang dari 10% dan tidak lebih dari 90% dan kegunaan utamanya dalam pangan untuk bahan olesan (spreads). Munurut Chrysam (1996) spreads merupakan produk yang menyerupai margarin tetapi mengandung lemak kurang dari 80%. Spreads rendah lemak sendiri bukan merupakan margarin tetapi produk spreads yang dibuat dengan cara yang sama dengan margarin, mengandung lemak lebih rendah (sekitar 40%) dan mengandung kadar air lebih tinggi (sekitar 60%), karena kandungan lemaknya yang rendah maka nilai energinya sangat rendah (Gaman dan Sherington 1992). Fungsi lemak spreads adalah meningkatkan palatabilitas produk roti dan kue seperti meminyaki (lubrication) roti ketika dimakan, sebagai sumber energi, memberikan flavor pangan, mengandung vitamin, sumber asam lemak esensial, berkontribusi pada rasa atau coolness (sensasi dingin) ketika dimakan, dan membentuk struktur produk (Moran 1994). Karakteristik produk spreads dilihat dari daya oles (spreadability), pengeluaran minyak (oiliness), dan sifat lelehnya (Chrysam 1996): 1. Daya oles (spreadability) adalah satu sifat paling penting pada spreads, mungkin kedua setelah flavor. 2. Pengeluaran minyak (oiliness) pada margarin terjadi jika matriks kristal lemak berubah ukuran atau karakter untuk memerangkap semua minyak cair. Ini adalah masalah serius untuk produk batangan, minyak dapat bocor keluar dari kemasan. 3. Margarin meja berkualitas tinggi meleleh dengan cepat dengan sensasi dingin pada langit-langit mulut. Komponen flavor dan garam pada fase mengandung air dengan cepat diterima oleh indra perasa, dan tidak meninggalkan rasa berminyak atau berlilin. Faktor yang mempengaruhi kualitas ini adalah sifat meleleh dari lemak, kekuatan emulsi, dan kondisi penyimpanan produk akhir. Margarin harus dapat meleleh semuanya pada suhu tubuh dan mengandung kurang dari 3.5% lemak padat pada 33.3 o C agar dapat meleleh dengan sempurna tanpa terasa bergetah atau berlilin. Slip Melting Point (SMP) adalah temperatur pada saat lemak dalam pipa kapiler yang berada dalam air menjadi cukup leleh untuk naik ke dalam pipa kapiler. Titik cair lemak merupakan karakteristik nyata yang berkaitan dengan metode penentuan dari eksperimen, dan bukan merupakan karakteristik fisik dasar seperti pada senyawa murni (Timms 1994). Tiap asam lemak murni mempunyai titik leleh spesifik. Minyak dan lemak merupakan campuran esensial dari berbagai asam lemak sebagai triasilgliserol (seperti stearat dan linoleat), sehingga tidak memiliki titik leleh yang tajam (sharp) ( Lawson 1995). Solid fat content (SFC) menggambarkan jumlah kristal lemak dalam campuran, berperan pada banyak karakteristik produk seperti penampilan umum, memudahkan kemasan, sifat organoleptik, memudahkan penyebaran (spreading), dan pengeluaran minyak. Parameter SFC untuk bahan baku minyak dan produk akhir margarin pada industri komersial ditetapkan pada lima tingkat suhu, yaitu o C dengan interval suhu 5 o C. SFC antara 4 o C dan 10 o C menentukan kemudahan penyebaran pada suhu refrigerator. SFC tidak lebih dari 32% pada suhu 10 o C penting untuk spreadability yang bagus pada suhu refrigerator. SFC 12

27 pada suhu 20 o C dan 22 o C menentukan stabilitas produk dan tahan terhadap pengeluaran minyak pada suhu kamar. SFC pada suhu 25 o C sebaiknya berada pada kisaran 15-35% untuk plastisitas dan spreadability yang baik (Rao et al. 2001). SFC antara 35 o C dan 37 o C menentukan kekentalan dan sifat pelepasan RFS dalam mulut (Lida dan Ali 1998). SFC dari minyak sawit merupakan konstituen utama dalam margarin, shortening dan spreads, yaitu stearin digunakan sebagai hardstock (Berger dan Idris 2005). 13

28 III. BAHAN DAN METODE A. BAHAN DAN ALAT Bahan-bahan yang digunakan adalah minyak sawit merah netral (Neutralized Deodorized Red Palm Oil, NDRPO) dari Southeast Asian Food and Agricultural Science and Technology (SEAFAST) Center IPB, minyak kelapa (CNO) merk BARCO, enzim lipase Thermomyces lanuginosa amobil spesifik sn-1,3 (Lipozyme TL IM) dan enzim lipase Candida antartica amobil nonspesifik (Novozyme 435) yang merupakan produk Novo Nordisk Bioindustrial Ltd, Denmark. Bahan-bahan untuk analisis kimia adalah heksan p.a., etanol 95% netral, indikator pp (fenoftalein) 1%, NaOH 0.25 N, kloroform, aseton, asetonitril, gas N 2, parafin, air destilata. Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini adalah spektrofotometer, erlenmeyer, oven, desikator, timbangan analitik, labu takar, corong gelas, hot plate, termometer, peralatan titrasi, water bath, refrigerator, reaktor packed-bed, Bruker Minispec PC 100 Nuclear Magnetic Resonance Analyzer, cawan aluminium, hot plate, magnetic stirer, pipa kapiler (milipore), buret, label kertas, kertas tissue, kertas saring, termometer, rotary shaker bath, sentrifuse, dan tabung sentrifuse. Selain itu juga digunakan alat-alat gelas untuk analisis. B. METODE PENELITIAN Penelitian ini terdiri dari tiga tahap. Penelitian tahap pertama adalah karakterisasi bahan baku. Penelitian tahap kedua adalah pemilihan formula bahan baku melalui karakterisasi produk spreads dari formula terbaik hasil penelitian yang sebelumnya dilakukan oleh Hasrini (2008) yang kemudian dijadikan bahan baku tahap penelitian ketiga. Penelitian tahap ketiga adalah produksi spreads dalam reaktor packed-bed. 1. Penelitian Tahap Pertama Penelitian tahap pertama bertujuan untuk mendapatkan red palm olein (RPOo) dan red palm stearin (RPOs) melalui fraksinasi neutralized deodorized red palm oil (NDRPO). Proses fraksinasi pada penelitian ini menggunakan metode Aini et al. (2005) yang dimodifikasi Hasrini (2008), yaitu minyak dipanaskan pada suhu 60 o C selama 30 menit. NDRPO dipindahkan ke dalam tabung sentrifuse 50 ml dan didiamkan semalam (±16 jam). Pemisahan RPOo dan RPOs dilakukan dengan sentrifugasi pada kecepatan 2,500 rpm selama 25 menit. Proses fraksinasi dapat dilihat pada Gambar 4. Analisis yang dilakukan meliputi kadar air, total karotenoid, kadar asam lemak bebas, SMP, dan SFC terhadap sampel NDRPO, RPOo, RPOo/RPOs (1/1), (RPOo/RPOs)/CNO dari hasil penelitian Hasrini (2008) dengan rasio 75/25, 77.5/22.5, dan 82.5/

29 NDRPO Pemanasan (T= 60 o C, 30 menit) Pemindahan ke tabung sentrifuse 50 ml Penyimpanan di tempat gelap semalam, T ruang Sentrifugasi (V=2500 rpm, 25 menit) RPOo RPOs Gambar 4. Diagram proses fraksinasi (modifikasi Aini et al. 2005) 2. Penelitian Tahap Kedua Penelitian tahap kedua bertujuan untuk mendapatkan karakter produk spreads dari formula terbaik hasil penelitian Hasrini (2008) yang menghasilkan karakter fisik paling mendekati margarin IE ritel dan industri, yaitu perlakuan (RPOo/RPOs)/CNO dengan rasio 75/25, 77.5/22.5, dan 82.5/17.5. Rasio RPOo/RPOs yang digunakan adalah 1/1. Tahapan kerja interesterifikasi enzimatik dapat dilihat pada Gambar 5. RPOo/RPOs dengan rasio 1/1 Penambahan CNO sesuai perlakuan Pemasukan ke dalam Erlenmeyer Shaker sampai suhu mencapai 60 ºC (V=200 rpm) Penambahan enzim 10% b/b Shaker selama 4 jam (V=200 rpm, T=60 ºC) Penyaringan enzim Hasil interesterifikasi enzimatik Gambar 5. Prosedur interesterifikasi enzimatik (modifikasi Zhang et al. 2001) 15

30 Prosedur interesterifikasi enzimatik yang dilakukan adalah dengan metode Zhang et al. (2001) yang dimodifikasi Hasrini (2008). Prosedur interesterifikasi enzimatik modifikasi Hasrini (2008) melakukan interesterifikasi enzimatik menggunakan rotary shaker bath, kecepatan agitasi 200 rpm, dosis enzim 10% b/b, dan waktu reaksi 4 jam. Prosedur lengkapnya yaitu RPOo/RPOs ditambahkan CNO masing-masing dengan rasio sesuai perlakuan sebanyak 10 g, lalu dimasukkan ke dalam tabung Erlenmeyer 25 ml dan diagitasi dengan rotary shaker bath pada kecepatan 200 rpm dan suhu 60 o C. Setelah mencapai suhu 60 o C dan sampel telah meleleh sempurna, kemudian dimasukkan Lipozyme TL IM sebanyak 10% b/b dan di-shaker kembali selama 4 jam. Hasil interesterifikasi tersebut diangkat dan Lipozyme TL IM disaring. Sampel kemudian disimpan dalam botol kaca gelap, dihembus N 2, di-seal dengan parafin, dan disimpan dalam refrigerator. Analisis yang dilakukan meliputi total karotenoid, SMP, dan SFC terhadap sampel hasil interesterifikasi enzimatik dari 3 formula yang telah ditentukan. Kemudian dipilih satu perlakuan terbaik untuk dijadikan perlakuan dalam pembuatan spreads menggunakan reaktor packed-bed. 3. Penelitian Tahap Ketiga Penelitian tahap ketiga bertujuan untuk mempelajari pengaruh space time (residence time) terhadap karakteristik produk spreads. Enzim yang digunakan dalam penelitian tahap ketiga ini adalah Novozyme 435. Formula terbaik yang didapatkan dari penelitian tahap kedua kemudian digunakan dalam penelitian tahap ketiga ini. Perlakuan pada penelitian tahap ketiga adalah perbedaan space time (menit) atau waktu substrat bereaksi dengan enzim. Space time didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan untuk mengolah reaktan sebanyak satu volume reaktor pada kondisi tertentu. Diagram alir pelaksanaan penelitian dapat dilihat pada Gambar 6. Formula terpilih Interesterifikasi enzimatik dalam reaktor packed-bed pada suhu 60 o C dengan space time sesuai perlakuan Hasil interesterifikasi enzimatik Analisis SFC, SMP, dan total karotenoid Gambar 6. Diagram pelaksanaan penelitian tahap ketiga (reaksi interesterifikasi enzimatik dalam reaktor packed-bed) 16

31 Perbedaan space time yang akan dilakukan dalam penelitian ini adalah 10 menit, 15 menit, 30 menit, dan 60 menit. Sebelum melakukan proses interesterifikasi enzimatik, terlebih dahulu dilakukan kalibrasi pompa peristaltik untuk menentukan space time sebenarnya dari pengaturan laju aliran substrat. Kalibrasi dilakukan dengan cara mengalirkan bahan baku menuju reaktor dan diukur laju alirannya. Laju aliran terukur dari jumlah bahan yang melewati reaktor setiap menitnya. Volume reaktor (15 ml) dibagi dengan laju aliran sehingga didapatkan space time. Hasil interesterifikasi enzimatik kemudian dianalisis untuk mendapatkan profil yang paling mendekati standar. Rangkaian alat proses interesterifikasi enzimatik menggunakan reaktor packed-bed kontinyu ditunjukkan oleh Gambar 7. Skema sistem reaktor kontinyu dapat dilihat pada Gambar 8. Gambar 7. Rangkaian alat proses interesterifikasi enzimatik menggunakan reaktor packedbed kontinyu Keterangan: A = Reaktor packed-bed; B = tempat substrat (stock); C = tempat produk; D = waterbath sirkulasi; E = pompa peristaltik A B C D B Gambar 8. Skema sistem reaktor kontinyu Keterangan: A : tangki substrat B : pompa peristaltik C : reaktor packed-bed D : wadah hasil reaksi Substrat dari tangki substrat (A) dialirkan menggunakan pompa peristaltik (B). Setelah melewati pompa peristaltik, substrat menuju reaktor packed-bed (C) yang berisi 17