HIDROLISA ENZIMATIK PADA CRUDE PALM OIL PENENTUAN KONDISI OPERASI, PERMODELAN, DAN PENENTUAN KOEFISIEN KAPASITAS Syaiful, Wella Hekmuseta, Amrina Hoesadha Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya Abstrak Peningkatan nilai guna dan nilai ekonomis dari pengolahan kelapa sawit lebih lanjut berupa produk-produk oleokimia. Dalam penelitian ini proses hidrolisis minyak menjadi asam lemak mengunakan fariasi temperatur,agitasi,waktu,dan jumlah enzim yang digunakan. Penelitian ini bertujuan mendapatakan informasi mengenai faktor yang mempengaruhi kondisi operasi,persen hidrolisa,serta permodelan matematika yang menghubungkan fariabel-fariabel yang digunakan dengan persen hidrolisa. Hasil penelitian menunjukan suhu optimum yang diperoleh untuk hidrolisis 40 0 C,semakian tinggi kecepatan pengadukan,maka daerah luar antar fase akan lebih besar yang memperbesar peluang enzim dan subtrat untuk bersatu lebih besar. Pengaruh konsetrasi enzim sangat berpengaruh pada massa subrat yang akan dihidrolisa. Kata Kunci: Hidrolisa Enzimatik, Hidrolisa, Permodelan I. PENDAHULUAN Kelapa sawit merupakan komoditi nonmigas dengan kuantitas produksi terbesar di Indonesia. Produksi kelapa sawit mengalami peningkatan setiap tahunnya, sehingga saat ini menempati peringkat kedua di dunia. Hal ini memberikan dampak positif yang sangat berarti bagi perekonomian Indonesia, jika peningkatan tersebut diikuti dengan peningkatan nilai ekonomis melalui peningkatan nilai daya guna sehingga menghasilkan produk bernilai jual tinggi. Untuk itu sudah selayaknya perlu diupayakan kajian teknologi yang tepat, cepat, dan dengan tingkat konversi yang tinggi. Alternatif yang dapat dikembangkan untuk menyiasati masalah di atas salah satunya adalah dengan pengolahan kelapa sawit lebih lanjut menjadi produk-produk oleokimia. Produksi oleokimia yang telah dilakukan dalam industri oleokimia adalah melalui proses termik (menggunakan suhu 250 C dan tekanan sekitar 50 atm), yaitu melalui proses pemecahan lemak (fat splitting), esterifikasi, transesterifikasi, dan hidrogenasi. Proses tersebut memerlukan energi yang tinggi, investasi peralatan yang mahal, serta mutu produk yang dihasilkan tidak terlalu baik. Alternatif lain untuk proses termik tersebut adalah reaksi enzimatik yang memanfaatkan enzim lipase dari mikroorganisme sebagai biokatalisator bagi reaksi penguraian minyak atau lemak. Lemak dihidrolisis menjadi gliserin dan asam-asam lemak murni, dimana asam lemak hasil hidrolisis difraksinasi dengan cara destilasi. Adapun kelebihan dari proses enzimatik ini adalah tidak diperlukannya energi tinggi, dan investasi peralatan tidak mahal. Dewasa ini penggunaan enzim sebagai biokatalis dalam proses industri telah banyak dikomersilkan karena tidak diperlukan energi tinggi, investasi peralatan tidak mahal, lebih aman terhadap lingkungan dan produk yang dihasilkan lebih baik mutunya. II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Crude Palm Oil Minyak sawit (crude palm oil) adalah salah satu jenis trigliserida yang banyak digunakan sebagai bahan baku pembuatan gliserin dan fatty acid, disamping minyak sawit inti (crude palm hemel oil) dan minyak kelapa kopra (crude coconut oil). Masing-masing trigliserida memiliki spesifikasi yang berbeda dan dapat dipilih sebagai bahan baku sesuai dengan produk asam lemak yang ingin dihasilkan. 2.2 Enzim Lipase Menurut Judoamidjojo et al (1989), enzim merupakan katalis biologis yang dapat melaksanakan berbagai konversi kimia. Enzim adalah polipeptida (protein) yang tersusun atas Jurnal Teknik Kimia, No. 1, Vol. 17, Januari 2010 23
serangkaian asam amino dalam komposisi yang teratur dan tetap. Lipase merupakan kelompok enzim yang secara umum berfungsi dalam hidrolisis lemak, mono-, di-, dan trigliserida untuk menghasilkan asam lemak bebas dan gliserol 1. Lipase berfungsi pada interfase air dan minyak untuk menghidrolisa lemak menjadi fatty acid. Enzim ini juga digunakan dalam hidrolisis triasilgliserol (TAG) menghasilkan diasilgliserol (DAG) dan asam lemak bebas 2. DAG adalah ester gliserol dengan dua molekul asam lemak. DAG digunakan sebagai bahan pengemulsi dan penstabil produk-produk makanan, kosmetik,dan farmasi. Lipase terbukti dapat digunakan sebagai biokatalis untuk meningkatkan kualitas crude palm oil (CPO). Metode penggunaan enzim dalam industri secara umum terbagi dua : Enzim terlarut atau free enzyme Enzim tak gerak atau immobilized enzyme III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Alat dan Bahan 3.1.1 Alat 1) Buret, statif, klem 2) Erlenmeyer 50 ml, 200 ml 3) Beker gelas 10 ml 4) Pipet tetes, pipet ukur 5) Gelas ukur 100 ml, 50ml 6) Water batch shaker 7) Neraca analitis 8) Waterbath 9) Stirrer 10) Piknometer 3.1.1 Bahan 1) Aquadest 2) KOH 3) Minyak kelapa sawit 4) Indikator PP 5) Alcohol 97% 6) HCl 0,5 N 3.2 Prosedur Penelitian A. Tahap Persiapan Tahap Persiapan dimulai dengan menghitung densitas bahan. Piknometer dibersihkan kemudian dipanaskan dalam oven selama 1 jam pada suhu 100 o C setelah didinginkan dalam desikator selama 15 menit piknometer ini ditimbang. Bahan dimasukkan dalam piknometer dalam hal ini bahan tersebut adalah CPO. Kemudian ditimbang beratnya. B. Tahap Percobaan a) Prosedur kerja untuk hidrolisis tanpa enzim (t=0). 1. 10 ml CPO dimasukan ke dalam erlenmeyer, tambahkan 30 ml air. 2. Sampel harus diaduk merata dan dalam keadaan cair. Tambahkan alkohol dengan perbandingan 50 ml akohol panas untuk 28,2 gram minyak dan 2 ml indikator phenolphthalein. 3. Titrasi dengan KOH 0,081 N atau konsntrasi yang telah ditentukan. b) Prosedur kerja untuk hidrolisis dengan enzim. 1. 10 ml CPO dimasukan ke dalam erlenmeyer, tambahkan 30 ml air dan 10 ml larutan enzim. 2. Campuran tadi dishaker dengan kecepatan ω rpm di dalam waterbatch shaker dengan temperature T ( C) dan selama t jam. 3. Untuk menjaga reaksi tetap kekanan maka dilakukan penambahan air 1 ml setiap 1 jam c) Prosedur kerja untuk pelarutan enzim 1. Panaskan air sampai mencapai suhu 40-50 C 2. Larutkan sejumlah enzim pada air lalu aduk hingga seluruh enzim larut. d) Prosedur Analisa Hasil 1. Persen Hidrolisis atau Konversi fraksional (fennyy subarkah, hal 68) Persen Hidrolisis didasarkan oleh jumlah asam lemak bebas yang terbentuk selama reaksi hidrolisis berlangsung. 2. Angka penyabunan Langkah analisanya : Minyak ditimbang 1,5-5 gram di dalam erlenmeyer Tambahkan 50 ml KOH 0,5 N kemudian didihkan sampai minyak tersabun secara sempurna (30 menit) ditandai dengan tidak terlihatnya butir butir minyak didalam larutan. Titrasi dengan HCl 0,5 N dan tambahkan indikator PP. titik titrasi ditandai dengan tepat hilangnya warna merah muda misalnya ts ml. Dibuat perlakuan blanko, KOH mula mula yang digunakan dalam 24 Jurnal Teknik Kimia, No. 1, Vol. 17, Januari 2010
reaksi penyabunan. Misalnya tb ml. 3. Angka Asam Langkah analisanya : Minyak sebanyak 10 20 gr ditambahkan 50 ml alkohol netral 95%. Kemudian dipanaskan selama 10 menit sambil diaduk di penangas air. Dinginkan, kemudian titarsi dengan KOH 0,1 N dengan menggunakan indikator PP sampai tepat warna merah jambu. 57,25 %p sementara 200 rpm tercapai hingga 63,88 %. Hal ini menunjukan bahwa Persen Hidrolisa terbaik berada pada kecepatan agitasi 300 rpm. yaitu daerah antar fase,yang merupakan daerah dimana lipase bekerja. Semakin tinggi kecepatan pengadukan,maka dihasilkan daerah luas antar fase yang lebih besar IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengaruh Temperatur Variasi temperatur yng digunakan 30 0 C, 40 0 C,50 0 C. Temperatur optimum untuk reaksi hidrolisa enzimatik adalah 40 C. Hal ini sesuai dengan titik leleh CPO yaitu 32,3 C 39,0 C (Int. Dept. Palm Oil Proc. Malaysia Int Sym. Palm Oil Proses Mark 291-297),dimana pada suhu tersebut CPO meleleh sehingga reaksi hidrrolisa enzimatik berada pada kondisi yang lebih homogen dan banyak produk yang terbentuk. 4.3 Pengaruh Konsentrasi Enzim terhadap Parameter Kinetika Konsentrasi maksimum asam lemak dapat dilihat pada saat kesetimbangan yaitu 8 jam. Pengaruh temperatur akan terlihat jelas pada setiap selang waktu terutama saat kesetimbangan. 4.2 Pengaruh Kecepatan Agitasi Pengaruh kecepatan agitasi ini dipelajari pada 3 taraf kecepatan pengadukan yaitu 100.200 dan 300 rpm pada suhu,massa enzim dan waktu hidrolisa yang sama. Kecepatan pengadukan ini dapat mempengaruhi %hidrolisa secara teori. Kecepatan 300 hidrolisanya berkisar pada 31,86 % - 84,15 %,pada 100 rpm persen hidrolisa maksimum tercapai Bila dikaitkan dengan Fenomena di atas,bahwa semakin sedikit konsentrasi enzim,maka kemungkinan substrat untuk terikat dengan enzim semakin kecil,begitu pula sebaliknya. Pada penambahan enzim dengan konsentrasi 0,09 gr,ternyata tidak memberikan kenaikan % hidrolisis,bahkan menurun dibandingkan dengan massa enzim 0,06 gr. Hal ini berarti bahwa penambahan konsentrasi enzim diatas 0,06 gr tidak efektif lagi. Karena pada konsentrasi tersebut,jumlah enzim telah mencukupi. Fenomena ini dapat diperjelas dengan melihat laju awal hidrolisis terhadap konsentrasi enzim pada grafik. Jurnal Teknik Kimia, No. 1, Vol. 17, Januari 2010 25
4.4 Waktu Hidrolisa Waktu atau lamanya hidrolisa amat penting untuk dipelajari,karena pada suatu reaksi kimia akan sangat diinginkan pencapaian produk sebanyak mungkin namun dengan waktu yang seminimum mungkin. Pada kenyataannya waktu 8 jam belum cukup untuk mencapai kesetimbangan,karena pada penelitian ini % hidrolisa tertinggi sebesar 87,339 % secara teori dan 84,15 % pada percobaan yaitu pada suhu 40 C,300 rpm dan massa enzim 0,06 gr. V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Kesimpulan yang didapat dari penelitian ini antara lain: 1. Suhu optimum untuk hidrolisa adalah 40 C. Dimana pada suhu tersebut CPO melelh sehingga reaksi hidrolisa enzimatik berada pada kondisi yang lebih homogeny dan produk yang yang banyak terbentuk 2. Semakin tinggi maka nilai DAB semakin bertambah. Namun kenaikan temperature dapat menurunkan nilai Schmidt number, hal ini disebabkan oleh turunnya harga viskositas minyak. 3. Semakin tinggi kecepatan agitasi maka harga Reynold number semakin bertambah. Berdasakan persamaan dan kenaikan harga kecepatan agitasi akan berbanding lurus dengan koefisien perpindahan massa (KL) dan koefisien kapasitas (KL.a) 4. Semakin lama waktu hidrolisis maka akan semakin banyak produk asam lemak yang dihasilkan karena reaksi semakin mendekati kesetimbanagan. 5. Sebagai katalis massa enzim sangat berpengaruh pada laju reaksi, karena semakin tinggi jumlah substrat maka akan semakin cepat reaksi mencapai kecepatan yang tetap. 6. Model matematika yang mempelajari hubungan waktu, laju kecepatan reaksi, dan koefisien kapasitas terhadap konsentrasi produk adalah : t( kla α ) C A0 ( 1 e ) C A = t( k a α ) 2 e 5.2 Saran 1. Penelitian selanjutnya yang berhubungan dengan reaksi enzimatik, diharapkan meneliti pengaruh ratio pemakaian substrta terhadap massa enzim yang digunakan 2. Penelitian selanjutnya diharapkan dapat menghitung laju reaksi dengan persamaan michaelis menten 3. Disarankan melanjutkan penelitian ini dengan permodelan yang sama namun dengan menggunakan metode imobilisasi enzim. VI. DAFTAR PUSTAKA Direktorat Jenderal Listrik dan Pemanfaatan Energi, 2006. Ketersediaan Energi Fosil di Indonesia. Jakarta. Edo Sumarendra, Roy Hendroko. 2006. Menghasilkan Biodiesel Murah. Jakarta : Agromedia Erliza Hambali, Siti Mujdalipah,dkk. 2007. Teknologi Bioenergi. Jakarta : Agromedia. Griffin, R.C.1955. Technical Method of Analysis, Second Edition. Mc.Graw Hill Book Company. Inc New York Groggins. Unit Process in Organic Synthesis, Fifth Edition. Mc.Graw Hill Book Company, New York. Indartono, Y.S. Mengenal Biodiesel : Karakteristik Produksi, http : // www. indeni.org 26 Jurnal Teknik Kimia, No. 1, Vol. 17, Januari 2010 L
Ketaren, S. 1986. Pengantar Teknologi Minyak dan lemak Pangan. Jakarta : Universitas Indonesia. Levenspiel, Octave.1972. Chemical Reaction Engineering, Second Edition. John Wiley and Sons. Inc Oregon. Mulyantara, Tri dan Koes Sulistiadji.2006. Biodiesel, Bahan Bakar Campuran Ramah Lingkungan. www.balipost.com, 2006. Pasaribu, Nurhida 2004. Minyak Buah Kelapa Sawit dalam www. Article.co.id Jurnal Teknik Kimia, No. 1, Vol. 17, Januari 2010 27