Reaksi Transesterifikasi DPO (Degummed Palm Oil) untuk Menghasilkan Biodiesel Sawit Menggunakan Lipozyme dalam Pelarut Ionic Liquid1-Butyl-3- Methylimidazolium Hexafluorophosphate ([Bmim][Pf6]

REAKSI TRANSESTERIFIKASI DPO (Degummed Palm Oil)UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL SAWIT MENGGUNAKAN LIPOZYMETL IM DALAM PELARUT IONIC LIQUID1-Butyl-3Methylimidazolium Hexafluorophosphate ([BMIM][PF6])
SKRIPSI
Oleh
NUR SRI RAHAYU 100405012
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA FEBRUARI 2015
5
Universitas Sumatera Utara

REAKSI TRANSESTERIFIKASI DPO (Degummed Palm Oil)UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL SAWIT MENGGUNAKAN LIPOZYMETL IM DALAM PELARUT IONIC LIQUID1-Butyl-3Methylimidazolium Hexafluorophosphate ([BMIM][PF6])
SKRIPSI
Oleh
NUR SRI RAHAYU 100405012
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA FEBRUARI 2015
6
Universitas Sumatera Utara

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:

REAKSI TRANSESTERIFIKASI DPO (Degummed Palm Oil) UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL SAWIT MENGGUNAKAN LIPOZYME TL IM DALAM PELARUT IONIC LIQUID1-Butyl-3Methylimidazolium Hexafluorophosphate ([BMIM][PF6])
dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku
Medan, 27 Februari 2015
Nur Sri Rahayu NIM 100405012
i
Universitas Sumatera Utara

PENGESAHAN
Skripsi dengan judul:
REAKSI TRANSESTERIFIKASI DPO (Degummed Palm Oil) UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL SAWIT MENGGUNAKAN LIPOZYME TL IM DALAM PELARUT IONIC LIQUID1-Butyl-3Methylimidazolium Hexafluorophosphate ([BMIM][PF6])
dibuatsebagai kelengkapan persyaratan untuk mengikuti ujian skripsi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Mengetahui, Koordinator Skripsi
Ir. Renita Manurung, MT NIP. 19681214 199702 2 002
Dosen Penguji I
Dr.Ir. Taslim, MSi NIP. 19650115 1990031 002

Medan, Maret 2015 Dosen Pembimbing
Ir. Renita Manurung, MT NIP. 19681214 199702 2 002
Dosen Penguji II

Mhd. Hendra S. Ginting, ST MTNIP. 197009191999031 001

ii
Universitas Sumatera Utara

PRAKATA
Puji dan syukur kehadirat Allah SWTatas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Reaksi Transesterifikasi DPO (Degummed Palm Oil) untuk Menghasilkan Biodiesel Sawit Menggunakan Lipozyme dalam Pelarut Ionic Liquid1-Butyl-3Methylimidazolium Hexafluorophosphate ([Bmim][Pf6])” berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Universtas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik.
Melalui penelitian ini diperoleh hasil biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) dengan reaksi transesterifikasi menggunakan katalis enzim lipase dalam pelarut ionic liquid, sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan khususnya mengurangi jumlah penggunaan bahan bakar fosil.
Selama melakukan penelitian hingga penulisan skripsi ini, penulis banyakmendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis.Untuk itu secara khusus penulis mengucapkan terima kasihdan penghargaan yang sebesarbesarnya kepadaIbu Ir. Renita Manurung, MT.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini.Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, Maret 2015 Penulis,
Nur Sri Rahayu
iii
Universitas Sumatera Utara

DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada : 1. Kedua orang tua penulis tercinta, Sugeng dan Sukartiserta adik-adik tercinta, Muhammad Ikhsan dan Asyifa Nur Fahira yang telah banyak mendukung penulis sampai saat ini. 2. Ir. Renita Manurung, MTselaku dosen pembimbing serta koordinator skripsi yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. 3. Dr. Ir. Taslim, M.Si dan Mhd. Hendra S. Ginting, ST MT yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini. 4. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, MT, selaku Ketua Jurusan Departemen Teknik Kimia USU. 5. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Kimia USU. 6. Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, MT sebagai Dosen Pembimbing Akademik. 7. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang sangat berharga kepada penulis 8. Bapak Mariadi atas kerjasama dalam membantu penelitian ini. 9. Aira Darusmy atas kerjasamanyayang baik hingga akhir selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini. 10. Sahabat-sahabat terbaikku di Teknik Kimia, DJLAWR (Didim, Inda, Liza, Juli, Pakcik Ricky), dan semua stambuk 2010 serta senior-senior yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis. 11. Teman-teman tercinta Bintang, Tari, Sipu, Ade, Nur, Ningseh, Ery, Ahok, Wahyu, Eky, Wati dan Papor yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis.
iv
Universitas Sumatera Utara

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama NIM Tempat, tanggal lahir Nama orang tua Alamat orang tua

: Nur Sri Rahayu : 100405012 : Aeknabara, 11 Sept 1992 : Sugeng dan Sukarti : Teluk Panji III, Labuhan
Batu Selatan

Asal Sekolah:  SDN 118399 Teluk Panji III tahun 1998-2004  MTs Al-Hidayah Teluk Panji IV tahun 2004 – 2007  SMA Swasta Aeknabara tahun 2007 – 2010
Pengalaman Kerja dan Organisasi: 1. Covalen Study Group (CSG) periode 2012-2013 sebagai Anggota Pengembangan Bakat dan Minat (BAKMI). 2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2012/2013 sebagai Anggota Bidang Hubungan Masyarakat (HUMAS) 3. Asisten Laboratorium Kimia Organik Departemen Teknik Kimia FT USU tahun 2013-2015 modul Reaksi Substitusi, Nitrasi, Hidrokarbon, Isolasi Zat Warna. Asisten Peneliti dalam Penelitian UpgradeKinerja Enzim Dalam Produksi Biodiesel Sawit tahun 2013

v
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI PENGESAHAN PRAKATA DEDIKASI RIWAYAT HIDUP PENULIS ABSTRAK ABSTRACT DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL DAFTAR LAMPIRAN DAFTAR SINGKATAN DAFTAR SIMBOL BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG 1.2 PERUMUSAN MASALAH 1.3 TUJUAN PENELITIAN 1.4 MANFAAT PENELITIAN 1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 MINYAK KELAPA SAWIT
2.1.1 Pengolahan Buah Sawit Menjadi CPO 2.1.2 CPO sebagai Bahan Baku Biodiesel 2.2 MEKANISME KERJA ENZIM 2.2.1 Enzim sebagai Katalis 2.2.2 Stabilitas Enzim di dalam Cairan Ionik 2.3 BIODIESEL 2.4 PROSES PRODUKSI BIODIESEL 2.4.1

Halaman i ii iii iv v vi vii viii xi xiii xiv xvi xvii 1 1 2 2 3 3 5 5 6 7 8 8 11 12 13

Reaksi Transesterifikasi

15

2.5 CAIRAN IONIK SEBAGAI PELARUT PADA ENZIMATIS BIODIESEL
2.6 PELARUT DALAM SINTESIS BIODIESEL 2.6.1 Cairan Ionik (Ionic Liquid) 2.6.2 Penggunaan Ulang terhadap Cairan Ionik 2.6.3 [BMIM PF6]
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1

16 17 17 18 20 22 LOKA

SI DAN WAKTU PENELITIAN

22

3.2 BAHAN DAN PERALATAN

22

3.2.1

Bahan

Penelitian

22

vi
Universitas Sumatera Utara

3.2.2
an Penelitian
3.3 RANCANGAN PERCOBAAN 3.4 PROSEDUR PENELITIAN
3.4.1 Prosedur Degumming CPO 3.4.2 Prosedur Utama 3.4.3 Prosedur Analisis
3.4.3.1 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan
Metode Hidrolisis

Peralat
22
23 24 24 24 25 25

3.4.3.2 Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku 25

CPO dengan Metode Tes AOCS Official Method

Ca 5a-40

3.4.3.3 Analisis Komponen Asam Lemak Dalam Bahan 26

Baku CPO dan Biodiesel yang dihasilkan

menggunakan GCMS

3.4.3.4 Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan

26

denganMetode Tes ASTM D 445

3.4.3.5 Analisis Densitas Biodiesel yang dihasilkan dengan 26

Metode Tes OECD 109

3.4 FLOWCHART PENELITIAN

27

3.5.1 Flowchart Prosedur Degumming CPO 3.5.2 Flowchart Prosedur Utama

27 28

3.5.3 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis 29

3.5.4 Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku CPO dengan Metode Tes AOCS Official MethodCa 5a-40

30

3.5.5 Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan dengan Metode Tes ASTM D 445

31

3.5.6 Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan dengan Metode Tes OECD 109

31

BABIV HASIL DAN PEMBAHASAN

32

4.1 ANALISIS BAHAN BAKU DPO (DEGUMMED PALM OIL) 32

4.2 PENGARUH IL [BMIM (PF6)] TERHADAP PEROLEHAN YIELD 35

4.3 PENGARUH IL [BMIM (PF6)] TERHADAP KINERJA ENZIM 37

4.4 ANALISIS AKTIVITAS ENZIM LIPOZYME

38

4.5 ANALISIS PRODUK BIODIESEL

39

4.5.1 Analisis Kemurnian Metil eter (%)

39

4.5.2 Analisis Densitas

41

4.4.3 Analisis Viskositas Kinematik

41

vii
Universitas Sumatera Utara

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN 5.2 SARAN
DAFTAR PUSTAKA

42 42 42 43

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Crude Palm Oil

6

Gambar 2.2 Mekanisme Kerja Enzim

8

Gambar 2.3 Mekanisme Enzimatik Produksi FAME

10

Gambar 2.4 Stabilitas Enzim di dalam Cairan Ionik

12

Gambar 2.5 Campuran Reaksi Biodiesel, Gliserol dan Enzim dengan IL

Padat

15

Gambar 2.6SkemadariSintesis Biodiesel dengan Proses Transesterifikasi 16

Gambar 2.7 Struktur Molekul [BMIM][ PF6] Gambar 3.1 Flowchart Prosedur Degumming CPO

20 27

Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Utama

28

Gambar 3.3 Flowchart Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode 29

Hidrolisis

Gambar 3.4 Flowchart Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku 30

CPO

Gambar 3.5 Flowchart Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan

31

Gambar 3.6 Flowchart Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan

31

Gambar 4.1 Analisis Kadar FFA terhadap CPO Sebelum dan Sesudah

32

Degumming

Gambar 4.2 Kromatogram Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak

33

CPO

Gambar 4.3 Pengaruh IL [BMIM][ PF6]terhadap Perolehan Yield

35

Gambar 4.4 Pengaruh IL [BMIM][ PF6]terhadap Kinerja Enzim

37

Gambar 4.5 Diagram Aktivitas Enzim oleh Lipozyme Sebelum Pemakaian

dan Setelah Pemakaian IV

38

Gambar L4.1 Proses Degumming CPO

56

Gambar L4.2 Proses Transesterifikasi

56

Gambar L4.3 Hasil Transesterifikasi

57

Gambar L4.4 Penyaringan Enzim

57

Gambar L4.6 (a) Biodiesel yang Dihasilkan, (b) Penyimpanan Biodiesel 58

dalam Botol

Gambar L4.7 (a) Lipozyme Sebelum Dipakai, (b) Lipozyme Setelah Dipakai, 58

(c) Analisis Aktivitas Enzim, (d) Penyimpanan Lipozyme

dalam Botol

Gambar L4.8Analisis Densitas

59

Gambar L4.9 Analisis Viskositas

59

Gambar L5.1 Kromatogram Standar GC-MS CPO (Crude Palm Oil)

60

Gambar L5.2 Hasil Analisis Kromatogram GC-MS Asam Lemak CPO

61

(Crude Palm Oil)

Gambar L5.3 Kromatogram Standar GC Biodiesel

62

Gambar L5.5 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1

Pengulangan I

63

viii
Universitas Sumatera Utara

Gambar L5.6 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1 Pengulangan II
Gambar L5.7 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1 Pebgulangan III
Gambar L5.8 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1 Pengulangan IV
Gambar L5.9 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 2 Pengulangan I
Gambar L5.10 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 2 Pengulangan II
Gambar L5.11 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 2 Pegulangan III
Gambar L5.12 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 2 Pengulangan IV

63 64 64 65 65 66 66

ix
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Produksi Biodiesel dengan Menggunakan Ionic Liquids Tabel 2.1 Sifat Fisik Cairan Ionik [BMIM][PF6] Tabel 3.1 Rancangan Percobaan Penelitian Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari CPO (Crude Palm Oil) Tabel 4.2 KomposisiAsam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh Tabel 4.3 Analisis Kemurnian Metil Ester (%) Tabel 4.4 Analisis Densitas Biodiesel Tabel 4.5 Analisis Viskositas Kinematik Biodiesel Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak CPO Tabel L1.2 Komposisi Trigliserida CPO Tabel L1.3 Kadar Free Fatty Acid (FFA) CPO Tabel L.2.1Hasil Analisis Densitas Biodiesel Tabel L.2.2Hasil Analisis Viskositas Biodiesel Tabel L.2.3Hasil Yield dan Total Penurunan Yield Biodiesel Tabel L.2.4Hasil Analisis Aktivitas Enzim Berdasarkan Persen
Hidrolisa CPO

Halaman
2 20 23 34 34 39 41 41 48 48 49 50 50 50
51

x
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU

48

L1.1 KOMPOSISI TRIGLISERIDA ASAM LEMAK

48

BAHAN BAKU CPO HASIL ANALISIS GCMS

L1.2 KOMPOSISI TRIGLISERIDA BAHAN BAKU CPO 48

L1.3 KADAR FREE FATTY ACID (FFA) CPO

49

LAMPIRAN 2 DATA HASIL PENELITIAN

50

L2.1 DATA HASIL ANALISIS DENSITAS BIODIESEL 50

L2.2 DATA HASIL ANALISIS VISKOSITAS

KINEMATIKA BIODIESEL

50

L2.3 DATA YIELD DAN TOTAL PENURUNAN YIELD 50

BIODIESEL

L2.4 DATA HASIL ANALISIS AKTIVITAS ENZIM

51

BERDASARKAN PERSEN HIDROLISA CPO

LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN

52

L3.1 PERHITUNGAN KADAR FFA CPO

52

L3.1.1 Perhitungan Kadar FFA CPO SebelumDegumming 52

L3.1.2 Perhitungan Kadar FFA CPO Setelah Degumming 52

L3.2 PERHITUNGAN KEBUTUHAN METANOL

53

L3.3 PERHITUNGAN DENSITAS BIODIESEL

53

L3.4 PERHITUNGAN VISKOSITAS BIODIESEL

54

L3.5 PERHITUNGAN YIELD BIODIESEL

54

L3.6 PERHITUNGAN PERSEN HIDROLISA CPO

55

LAMPIRAN 4 DOKUMENTASI PENELITIAN

56

L4.1 PROSES DEGUMMING CPO

56

L4.2 PROSES TRANSESTERIFIKASI

56

L4.3 HASIL TRANSESTERIFIKASI

57

L4.4 PENYARINGAN ENZIM

57

L4.5 PRODUK AKHIR BIODIESEL

58

L4.6 ANALISIS AKTIVITAS ENZIM

58

L4.7 ANALISIS DENSITAS

59

L4.8 ANALISIS VISKOSITAS

59

LAMPIRAN 5 HASIL ANALISISBAHAN BAKU CPO DAN

60

BIODIESEL

L5.1 HASIL ANALISISKOMPOSISI ASAM LEMAK CPO 60

L5.2 HASIL ANALISIS BIODIESEL

62

xi
Universitas Sumatera Utara

BMIM PF6 ASTM
OECD
ESDM BM dkk et al CPO DPO ALB RBDPO FAME ILS IL cSt FFA GC GC-MS PKS rpm SNI SPSS

DAFTAR SINGKATAN
Butyl Metylimidazolium Hexafluorophosphate American Society for Testing and Material (ASTM) Organization for Economic Co-operation and Development Energi dan Sumber Daya Minyak Berat Molekul dan kawan-kawan et alia Crude Palm Oil Degummed Palm Oil Asam Lemak Bebas Refined Bleached Deodorized Palm Oil Fatty Acid Metyl Ester Ionic Liquids Solvent Ionic Liquid centistokes Free Fatty Acid Gas Chromatography Gas Chromatography Mass Spechtrophometry Pusat Penelitian Kelapa Sawit Rotary per minute Standar Nasional Indonesia Statistical Product and Service Solutions

xii
Universitas Sumatera Utara

Simbol T R E A K
N V
M m V ρ sg t k

DAFTAR SIMBOL
Keterangan Suhu Konstanta gas umum Tenaga aktivasi Faktor tumbukan Konstanta kecepatan reaksi Normalitas Volume larutan NaOH terpakai Berat molekul FFA CPO Berat Sampel Volume awal Massa jenis Specific Gravity Waktu alir Konstanta Alir

Dimensi ºC
cal/gmol K cal/gmol
N ml
Gr/mol gram ml kg/m3
s kg/m.s2

xiii
Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Salah satu sumber minyak nabati yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku biodiesel adalah Crude Palm Oil (CPO). Crude palm oil (CPO) mengandung asam lemak bebas yang relatif tinggi berkisar 3 -5%, sedangkan untuk memproduksi biodiesel asam lemak bebas harus ≤ 2%. Untuk itu, dalam penelitian ini dibutuhkan perlakuan untuk menurunkan kandungan asam lemak bebas dan menghilangkan pengotor pada minyak sebelum crude palm oil (CPO) digunakan sebagai bahan baku biodiesel. Reaksi transesterifikasi merupakan reaksi bolak balik yang relatif lambat. Untuk mempercepat jalannya reaksi dan meningkatkan hasil, proses dilakukan dengan pengadukan yang baik, penambahan katalis dan pemberian reaktan berlebih agar reaksi bergeser ke kanan. Pemilihan katalis dilakukan berdasarkan kemudahan penanganan dan pemisahannya dari produk. Metode enzimatik transesterifikasi memiliki banyak keuntungan seperti kondisi reaksi yang rendah menyebabkan konsumsi energi yang sedikit. Tetapi penggunaan biokatalis lipase memiliki beberapa kelemahan antara lain besarnya biaya enzim dan inaktivasi oleh aseptor asil seperti metanol. Transesterifikasi enzimatik minyak nabati dalam cairan ionik telah dibuktikan dalam memproduksi biodiesel.Cairan ionik sebagaipendukung enzimatik, menciptakan sistem katalitik yang dapat digunakan dalam transesterifikasi minyak menjadi biodiesel. Pada penelitian ini, disajikan hasil penelitian sintesis biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) dengan reaksi transesterifikasi (penggunaan methanol sebagai aseptor asil), pemakaian ulang Lipozyme sebagai katalis dalam reaktor batch dan penggunaan cairan ionik 1 butil-3metilimidazoliumhexafluorophosphate[BMIM][PF6] sebagai pelarut sehingga diperoleh biodiesel sebagai produk, yang dianalisis menggunakan Gas Chromatography (GC). Sebagai kajian dalam penelitian ini, dibahas mengenai pengaruh cairan ionik terhadap kinerja enzim lipase pada pemakaian ulang. Rata-rata penurunan aktivitas enzim lipase terbaik yang diperoleh pada penelitian ini yaitu sebanyak 4,28% dengan cairan ionik dan lypozime setelah digunakan sebanyak 4 kali dengan kondisi rasio molar reaktan 1:3, rasio berat molar CPO dengan cairan ionik 1:1,5, suhu reaksi 45 oC, Lipozyme sebanyak 30% dan waktu reaksi selama 6 jam.
Kata kunci : Biodiesel, CPO, lipozyme, cairan ionik, penurunan aktivitas enzim
xiv
Universitas Sumatera Utara

ABSTRACT
One source of vegetable oils that can be used as raw material for biodiesel is Crude Palm Oil (CPO). Crude palm oil (CPO) contains free fatty acids are relatively high ranging from 3 -5 % , while for biodiesel production of free fatty acids must be ≤ 2%. Therefore, in this study needed treatment to reduce the content of free fatty acids in the oil and remove impurities before crude palm oil (CPO) is used as a raw material for biodiesel. Transesterification reaction is a reaction of alternating relatively slow. To accelerate the reaction and increase the yield, the process is done with good stirring, the addition of the catalyst and the provision of excess reactants for the reaction shifts to the right. The selection of the catalyst made by the ease of handling and separation of the product. Enzymatic transesterification method has many advantages such as low reaction conditions lead to less energy consumption. But the use of lipase biocatalyst has some disadvantages, among others, the cost and inactivation by the enzyme acyl acceptor such as methanol. Enzymatic transesterification of vegetable oils in ionic liquids has been demonstrated in producing biodiesel . Ionic liquids as a supporter of enzymatic, creating a catalytic system that can be used in the transesterification of oil into biodiesel. In this study, presented the results of research synthesis of biodiesel from crude palm oil (CPO) to the transesterification reaction (the use of methanol as an acyl acceptor) , Lipozyme reuse as a catalyst in a batch reactor and the use of the ionic liquid 1 -butyl - 3 methylimidazolium hexafluorophosphate [ BMIM ][ PF6 ] as a solvent in order to obtain biodiesel as a product, which was analyzed using Gas Chromatography (GC). As the studies in this research, discussed the influence of ionic liquids on the performance of lipase on reuse. Average decrease in lipase activity best obtained in this study is as much as 4.28% with ionic liquids and lypozime after being used as much as 4 times the molar ratio of reactants condition 1 : 3 molar weight ratio of CPO with the ionic liquid 1 : 1.5, reaction temperature 45 ° C, Lipozyme much as 30% and the reaction time of 6 hours .
Keywords : Biodiesel, CPO, lipozyme, ionic liquids, decreased enzyme activity
xv
Universitas Sumatera Utara

xvi
Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Salah satu sumber minyak nabati yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku biodiesel adalah Crude Palm Oil (CPO). Crude palm oil (CPO) mengandung asam lemak bebas yang relatif tinggi berkisar 3 -5%, sedangkan untuk memproduksi biodiesel asam lemak bebas harus ≤ 2%. Untuk itu, dalam penelitian ini dibutuhkan perlakuan untuk menurunkan kandungan asam lemak bebas dan menghilangkan pengotor pada minyak sebelum crude palm oil (CPO) digunakan sebagai bahan baku biodiesel. Reaksi transesterifikasi merupakan reaksi bolak balik yang relatif lambat. Untuk mempercepat jalannya reaksi dan meningkatkan hasil, proses dilakukan dengan pengadukan yang baik, penambahan katalis dan pemberian reaktan berlebih agar reaksi bergeser ke kanan. Pemilihan katalis dilakukan berdasarkan kemudahan penanganan dan pemisahannya dari produk. Metode enzimatik transesterifikasi memiliki banyak keuntungan seperti kondisi reaksi yang rendah menyebabkan konsumsi energi yang sedikit. Tetapi penggunaan biokatalis lipase memiliki beberapa kelemahan antara lain besarnya biaya enzim dan inaktivasi oleh aseptor asil seperti metanol. Transesterifikasi enzimatik minyak nabati dalam cairan ionik telah dibuktikan dalam memproduksi biodiesel.Cairan ionik sebagaipendukung enzimatik, menciptakan sistem katalitik yang dapat digunakan dalam transesterifikasi minyak menjadi biodiesel. Pada penelitian ini, disajikan hasil penelitian sintesis biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) dengan reaksi transesterifikasi (penggunaan methanol sebagai aseptor asil), pemakaian ulang Lipozyme sebagai katalis dalam reaktor batch dan penggunaan cairan ionik 1 butil-3metilimidazoliumhexafluorophosphate[BMIM][PF6] sebagai pelarut sehingga diperoleh biodiesel sebagai produk, yang dianalisis menggunakan Gas Chromatography (GC). Sebagai kajian dalam penelitian ini, dibahas mengenai pengaruh cairan ionik terhadap kinerja enzim lipase pada pemakaian ulang. Rata-rata penurunan aktivitas enzim lipase terbaik yang diperoleh pada penelitian ini yaitu sebanyak 4,28% dengan cairan ionik dan lypozime setelah digunakan sebanyak 4 kali dengan kondisi rasio molar reaktan 1:3, rasio berat molar CPO dengan cairan ionik 1:1,5, suhu reaksi 45 oC, Lipozyme sebanyak 30% dan waktu reaksi selama 6 jam.
Kata kunci : Biodiesel, CPO, lipozyme, cairan ionik, penurunan aktivitas enzim
xiv
Universitas Sumatera Utara

ABSTRACT
One source of vegetable oils that can be used as raw material for biodiesel is Crude Palm Oil (CPO). Crude palm oil (CPO) contains free fatty acids are relatively high ranging from 3 -5 % , while for biodiesel production of free fatty acids must be ≤ 2%. Therefore, in this study needed treatment to reduce the content of free fatty acids in the oil and remove impurities before crude palm oil (CPO) is used as a raw material for biodiesel. Transesterification reaction is a reaction of alternating relatively slow. To accelerate the reaction and increase the yield, the process is done with good stirring, the addition of the catalyst and the provision of excess reactants for the reaction shifts to the right. The selection of the catalyst made by the ease of handling and separation of the product. Enzymatic transesterification method has many advantages such as low reaction conditions lead to less energy consumption. But the use of lipase biocatalyst has some disadvantages, among others, the cost and inactivation by the enzyme acyl acceptor such as methanol. Enzymatic transesterification of vegetable oils in ionic liquids has been demonstrated in producing biodiesel . Ionic liquids as a supporter of enzymatic, creating a catalytic system that can be used in the transesterification of oil into biodiesel. In this study, presented the results of research synthesis of biodiesel from crude palm oil (CPO) to the transesterification reaction (the use of methanol as an acyl acceptor) , Lipozyme reuse as a catalyst in a batch reactor and the use of the ionic liquid 1 -butyl - 3 methylimidazolium hexafluorophosphate [ BMIM ][ PF6 ] as a solvent in order to obtain biodiesel as a product, which was analyzed using Gas Chromatography (GC). As the studies in this research, discussed the influence of ionic liquids on the performance of lipase on reuse. Average decrease in lipase activity best obtained in this study is as much as 4.28% with ionic liquids and lypozime after being used as much as 4 times the molar ratio of reactants condition 1 : 3 molar weight ratio of CPO with the ionic liquid 1 : 1.5, reaction temperature 45 ° C, Lipozyme much as 30% and the reaction time of 6 hours .
Keywords : Biodiesel, CPO, lipozyme, ionic liquids, decreased enzyme activity
xv
Universitas Sumatera Utara

BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG Lipase merupakan enzim yang memiliki peran yang penting dalam
bioteknologi modern.Banyak industri yangtelah mengaplikasikan penggunaan enzim sebagai biokatalis.Lipase terkenal memiliki aktivitas yang tinggi dalam reaksihidrolisis dan dalam kimia sintesis. Lipase dapat berperan sebagai biokatalis untuk reaksi reaksi hidrolisis, esterifikasi,alkoholisis, asidolisis and aminolisis .
Saat ini mulai dikembangkansintesis biodiesel menggunakan enzim lipasesebagai biokatalis.Lipase sebagai biokatalismampu mengarahkan reaksi secara spesifikke arah produk yang diinginkan tanpaterjadinya reaksi samping yang merugikan.Biokatalis ini merupakan katalis heterogen,sehingga pemisahannya dari produk setelahreaksi berakhir dapat dilakukan denganmudah. Namun, enzim lipase mudahterdeaktivasi oleh alkohol yang merupakanreaktan dalam proses enzimatik sintesisbiodiesel ini [1]. Oleh karena itu,perlu dikembangkan metode baru untukmeningkatkan aktivitas dan stabilitas lipasedalam proses sintesis biodiesel [2].
Pada produksi biodiesel menggunakan metode kimia memiliki sejumlah keterbatasan seperti masalah emulsifikasi, saponifikasi dan pengolahan limbah yang tinggi. Oleh karena itu untuk menangani keterbatasan tersebut, dilakukan pendekatan terhadap produksi biodiesel dengan proses enzimatik menggunakan katalis lipase dan pengolahan limbah yang rendah. Namun sintesis enzimatik biodiesel memiliki sejumlah kesulitan dalam proses pemisahan. Sekarang telah berkembang pesat penggunaan pelarut non-volatil yaitu Ionic Liquid (IL) dalam mengurangi kerugian dari teknologi produksi biodiesel saat ini.
Alasan produksi biodiesel berbasis lipase belum mencapai potensi komersial saat ini adalah bahwa enzim mahal dan umumnya tidak stabil.Dua masalah potensial lainnya timbul dalam penggunaan lipase. Pertama, apabila reaktan yang digunakan (alkohol) maka dapat menghambat atau bahkan mendenaturasi lipase, dan yang kedua, gliseroljuga dapat menghambat aktivitas lipase.Solusi lain untuk
1
Universitas Sumatera Utara

meminimalkan denaturasi dari lipase yaitu dengan menambahkan alkohol secara bertahap atau berkelanjutan ke dalam campuran reaktan . Menambahkan alkohol mampu mencegah denaturasi dari lipase dan hasil ester yang diperoleh tinggi. Namun, solusi ini belum dapat dikembangkan lebih lanjut lagi. Cara lain yang dapat dilakukan yaitu dengan menambahkan pelarut kedalam reaksi seperti Ionic Liquids (IL) [1].
Dewasa ini penelitian menggunakan pelarut IL pada proses sintesis biodiesel telah banyak dilakukan sebelumnya seperti yang disajikan dalam tabel 1.1 berikut:

Tabel 1.1 Produksi Biodiesel dengan Menggunakan Ionic Liquids[7].

Ionic liquids Bahan Baku Lipase

Acyl Yield Peneliti

Acceptor

[ Emim ] [ OTF ] [ BMIM ] [ PF6 ]
[ BMIM ] [ PF6 ]
[ BMIM ] [ PF6 ]

Minyak kedelai Minyak bunga
matahari Minyak jagung
Triolein

Novozym 435 Novozym 435
Penicillium expansum lipase Novozym 435

Metanol Metanol
Metanol
Metil asetat

80 % 98%
86 %
80 %

[4] [5]
[6]
[3]

Berdasarkan tabel diatas, bahwa pada proses transesterifikasi biodiesel menggunakan bahan baku minyak bunga matahari dengan katalis lipase Novozyme 435 dan IL [BMIM] [PF6] mencapai yield tertinggi sebesar 98% [5]. Banyak IL memilikipotensi tinggi dalam produksi biodiesel denganmanfaat yang besar, seperti hasil produk yang tinggi dan kompatibilitasdengan katalis enzim. Dalam produksi biodiesel, peningkatan konversi melalui penambahan IL tergantung pada jumlah, karena terlalu sedikit tidak akan meningkatkan aktivitas dan stabilitas lipase, sementara terlalu banyak akan mencegah minyak dari mencapai situs aktif dari lipase. Pada penelitian ini digunakan IL [BMIM] [PF6]sebagai pelarut dalam memproduksi biodiesel, karena baik untuk meningkatkan stabilitas lipase dan kemudahan dalam pemisahan produk.

2
Universitas Sumatera Utara

1.2 PERUMUSAN MASALAH Salah satu kelemahan proses enzimatik adalah menurunnya aktifitas dan
stabilitas enzim yang disebabkan oleh reaktifitas metanol yang menyerang sisi aktif enzim. Selain itu, gliserol yang terbentuk mudah teradsorp ke permukaan enzim sehingga berkurangnya sifat katalitik dari enzim. Dengan Penggunaan IL sebagai pelarut dapat memperbaiki aktifitas dan meningkatkan keefektifan dalam produksi biodiesel sawit.

1.3 TUJUAN PENELITIAN Adapun tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Mengkaji pengaruh ionic liquid sebagai pelarut terhadap sintesis biodiesel melalui reaksi transesterifikasi. 2. Mengkaji stabilitas enzim Lipozymesebagai katalis di dalam cairan ionik pada sintesis biodiesel.

1.4 MANFAAT PENELITIAN Manfaat dari penelitian yang dilakukan adalah:
1. Untuk memperoleh informasi mengenai penggunaan ionic liquids sebagai pelarut dalam sintesis biodiesel.
2. Untuk memberikan informasi dasar kelayakan penggunaan ionic liquids terhadap ketahanan enzim lipase.
3. Untuk memberikan informasi dasar kelayakan proses untuk sintesis biodiesel.

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN

Adapun ruang lingkup dari penelitian ini adalah :

1. Penelitian ini dilakukan di LaboratoriumKimia Organik Departemen Teknik

Kimia, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Medan.

2. Bahan baku untuk sintesis biodiesel adalah Crude Palm Oil(CPO), Metanol

dan Lypozime sebanyak 30% dari berat jumlah minyak.

3. Reaksi sintesis biodiesel dilangsungkan dengan variabel seperti berikut:

- Rasio berat molarCPO : ionic liquid : 1:1,5

[3]

- Rasio mol reaktan

: 1:3 [8]

3
Universitas Sumatera Utara

- Konsentrasi biokatalis

: 30%

[9]

- Suhu reaksi

: 45 °C

[9]

- Waktu reaksi

: 6 jam

[9]

- Kecepatan pengadukan

: 150 rpm

[9]

Analisis yang dilakukan adalah :

1. Analisis kadarFree Fatty Acid(FFA) bahan baku CPO Metode Tes AOCS

Official Method Ca 5a-40.

2. Analisis aktivitas enzim lipase dengan metode hidrolisis.

3. Analisis komposisi bahan baku CPO dan biodiesel yang dihasilkan dengan

menggunakan GCMS.

4. Analisis viskositas biodiesel yang dihasilkan dengan metode tes ASTM D 445

5. Analisis densitas biodiesel yang dihasilkan dengan metode tes OECD 109.

4
Universitas Sumatera Utara

BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 MINYAK KELAPA SAWIT Minyak kelapa sawit diperoleh dari pengolahan buah kelapa sawit (Elaeis
guinensis).Secara garis besar buah kelapa sawit terdiri dari serabut buah(pericarp) dan inti (kernel).Serabut buah kelapa sawit terdiri dari tiga lapis yaitulapisan luar atau kulit buah yang diseb but pericarp, lapisan sebelah dalam disebutmesocarp atau pulp dan lapisan paling dalam disebut endocarp.Inti kelapa sawitterdiri dari lapisan kulit biji (testa), endosperm dan embrio. Mesocarpmengandung kadar minyak ratarata sebanyak 56%, inti (kernel) mengandungminyak sebesar 44%, dan endocarp tidak mengandung minyak. Minyak kelapasawit seperti umumnya minyak nabati lainnya adalah merupakan senyawa yangtidak larut dalam air, sedangkan komponen penyusunnya yang utama adalahtrigliserida dan nontrigliserida [10].
Hampir semua bagian pohon kelapa sawit dapat dimanfaatkan.Batang pohon sawit dapat digunakan untuk pembuatan pulp, bahan kimia turunan, sumber energi, papan partikel, dan juga bahan kontruksi.Buah kelapa sawit memiliki nilai ekonomis yang tinggi, dapat diolah rnenjadi minyak sawit yang bermanfaat untuk bidang pangan maupun non pangan.Bagian lainnya seperti sabut dan sludge, tandan kosong, cangkang, rninyak inti sawit dan bungkilnya juga dapat dimanfaatkan. Buah sawit umumnya memiliki panjang 2 hingga 5 cm dan berat 3 hingga 30 gram, berwarna ungu hitam pada saat muda, kemudian menjadi berwama kuning merah pada saat tua dan rnatang [11].
Biodiesel dari minyak sawit mentah (crude palm oil) merupakan harapan baru untuk menjawab sebagian kebutuhan energi di tanah air.Mengingat bahwa Indonesia tercatat sebagai negara produsen kelapa sawit terbesar kedua di dunia setelah Malaysia. Produksi minyak kelapa sawit Indonesia saat ini mencapai 6,5 juta ton per tahun dan diperkirakan pada tahun 2012 akan meningkat hingga 15 juta ton
5
Universitas Sumatera Utara

per tahun karena pengembangan lahan. Tingginya biaya produksi biodiesel dari minyak nabati lainnya justru menjadi keunggulan bagi pengembangan crude palm oil (CPO) sebagai bahan bakar alternatif. Karena bila dibandingkan dengan jenis minyak nabati lain sebagai penghasil bahan bakar alternatif, penggunaan CPO sebagai bahan baku akan jauh lebih murah[12].
2.1.1 PENGOLAHAN BUAH SAWIT MENJADI CPO Pengolahan buah sawit menjadi CPO dilakukan dalam beberapa tahap yaitu :
 Penerimaan tandan buah segar  Perebusan  Perontokan  Pelumatan  Ekstraksi minyak  Klarifikasi.
CPO yang diekstrak secara komersial dari TBS walaupun dalamjumlah kecilmengandung komponen dan pengotor yang tidak diinginkan.Komponen ini termasuk serat mesokrap, kelembaban, bahan-bahan tidak larut, asam lemak bebas, phospholipida, logam, produk oksidasi, dan bahan-bahan yang memiliki bau yang kuat. Sehingga diperlukan proses pemumian sebelum digunakan[13].
Gambar 2.1 Crude Palm Oil[12].
Pemurnian CPO dapat dilakukan dengan dua metode yaitu pemurnian fisik dan pemurnian kimiawi. Perbedaan utama duajenis pemurnianini ada pada cara menghilangkan atau menurunkan asam lemak bebas. Akan tetapi kedua metode dapat mi:mgliasilkanrefined bleached deodorizedpalm oil (RBDPO) yang memiliki kualitas dan stabilitas yang diinginkan. Metode pemurnianyang pertama adalah
6
Universitas Sumatera Utara

pemumian fisik yangmerupakan metode pemumian yang lebih popularkarena lebih efektif dan efisien[14].
2.1.2CPO SEBAGAI BAHAN BAKU BIODIESEL Salah satu sumber minyak nabati yang dapat dimanfaatan sebagai bahan baku
biodiesel adalah Crude Palm Oil (CPO). CPO mengandung 40% - 46% asam palmitat dan 39%-45% asam oleat.CPOadalah minyak yang berasal dari daging buah sawit yang telah melewati tahap perebusan di sterilizing station dan dilanjutkan dengan pengepresan di pressing station. Dalam daging buah sawit terdapat 43% crude palm oil yang tersusun atas berbagai jenis asam lemak, yaitu asam palmitat (C16) 40%-46%, asam Oleat (C18-1) 39%-45%, asam linoleat (C18-2) 7%-11%, asam stearat (C18) 3,6%-4,7% dan asam miristat (C14) 1,1%-2,5% [12].
Crude palm oil (CPO) mengandung asam lemak bebas yang relatif tinggi berkisar 3%-5%, sedangkan untuk memproduksi biodiesel asam lemak bebas harus ≤ 2%. Untuk itu, dalam penelitian ini dibutuhkan perlakuan untuk menurunkan kandungan asam lemak bebas dan menghilangkan pengotor pada minyak sebelum crude palm oil (CPO) digunakan sebagai bahan baku biodiesel.
Tahap Degumming
Pretreatment disebut juga degumming CPO yangdilakukan denganpenggunaan asam fosfat dan diikuti olehpembersihan menggunakan bleaching earth.Proses degumming dilakukan untukmemisahkan getah tanpa mereduksi asam lemakyang ada di minyak. proses degummingdilakukan dengan memasukkanCPO sebanyak 60 kg ke dalam reaktor kemudiandipanaskan mencapai 80°C, kemudianditambahkan asam fosfat 85% sebanyak 0.15%dari berat CPO yang digunakan. Minyakkemudian diaduk pada kecepatan 56 rpm selama 15 menit sebelum melewati bleacher dimana bleaching earthditambahkan pada konsentrasi 0,8-2,0%,tergantung pada kualitas minyak mentah. Penambahan asam fosfat berguna untukmengendapkan fosfatida yang tidak larutdalam air. Sedangkan fungsi bleaching earth adalah
7
Universitas Sumatera Utara

 Menyerap pengotor yang tidak: diinginkan sepertilogam, air, bahan tidak larut, sebagian karotenadan pigmen lainnya.
 Mengurangi produkoksidasi.  Menyerap fosfolipid yang diendapkanoleh asam fosfat  Memisahkan asamfosfat berlebih setelah proses degumming. Pemisahan asam fosfat secara sempuma sangatpenting, karena keberadaan asam fosfat dapatmenyebabkan meningkatnya asam lemak bebasminyakyang dihasilkan.Bleaching dilakukan pada kondisi vakum20-25 mmHgpada suhu 95110°C denganwaktu tinggal30 hingga 45 menit.Untuk alasan kualitas, biasanya minyak dilewatkan padabarisankantong penyaring untuk menjebakpartikel bleaching earth.Proses ini sangat penting karena keberadaan sisa bleaching earthakan mengurangi stabilitas oksidasi RBDPOyang dihasilkan[13].
2.2 MEKANISME KERJA ENZIM Lipase adalah jenis enzim yang sifatnya tergantung pada substrat dan
sumbernya.Lipase yang berasal dari mikroba tertentu, mempunyai aktivitas optimum yang berbeda dengan mikroba lipolitik lainnya. Aktivitas lipase dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain : pH, suhu dan waktu reaksi.
Berikut merupakan gambar dari mekanisme enzim untuk menghasilkan suatu produk:
Gambar 2.2 Mekanisme Kerja Enzim [15].
2.2.1ENZIM SEBAGAI KATALIS Proses alkoholisis dari minyak nabati atau hewanidengan teknologiberbagai
rute banyak menggunakan katalisseperti asam dan basa anorganik [16]. Untuk
8
Universitas Sumatera Utara

menghasilkan konversi yang lebih besar dapat bergantung kepada jenis katalis yang digunakan. Misalnya pada katalis asam yangdigunakan ketika minyak memiliki konsentrasi dan asam lemak bebas yang tinggi, dimana sulfat dan asam sulfonat sebagaikatalis yang paling umum dari kelas ini. Sebagai kerugian, katalisis asammemerlukan penggunaan alkohol dalam jumlah besar dalam rangkauntuk mendapatkan hasil biodiesel yang memuaskan dengan menerapkanrasio molar alkohol : minyak 30-150:1. Selain itu,katalis asam seperti asam sulfat yang mengkatalisistransesterifikasi trigliserida perlahan akan menyebabkan reaksi yang lamasekali seperti 48-96 jam[17].Akhirnya, ada risiko korosi dariperalatan yang digunakan karena keasaman tinggi katalis tersebut.Kemudian penggunaan katalis basa sebagai katalis memiliki waktu yang lebih cepat dibandingkankatalis asamdan tidak memerlukan jumlah alkohol yang besar. Katalis dasar yang paling sering digunakan adalahnatrium atau kalium hidroksida. Awalnyabereaksi dengan alkohol menghasilkan alkoksidanya,yang kemudian bereaksi dengan minyak untuk membentuk biodiesel dangliserol. Namun penggunaan katalis basa dapat memungkinkan terbentuknya rekasi saponifikasi trigliserida yang menyebabkan ester yang diperoleh tidak produktif[16]. Oleh karena itu,minyak yang digunakan dalam produksi biodiesel harus umpan dengan pemanasan,sehingga memakan waktu danproses yang mahal.Kelemahan lain dari metode ini adalahair yang dihasilkan selama reaksi.Sebuah alternatif untuk asam tradisional atau alkalikatalisis adalah dengan proses enzimatik, yang mengatasikelemahan sistem katalitik sebelumnya sepertisebagai perlengkapan korosi dan kebutuhan energi yang tinggi.Namun, biaya enzim yang tinggi tetap menjadi penghalanguntuk pelaksanaan proses enzimatik dalamindustri. Selain itu, kehadiran alkohol dapatmenonaktifkan enzim dan kadangkadang bahkan terjadinya denaturasi.Aktivitas enzim juga dipengaruhi oleh gliserol.Karena kelarutan rendah dari gliserol biodiesel[18].
Enzim lipase merupakan jenis enzim yang dapat larut dalam air dan bekerja dengan mengkatalisis hidrolisis ikatan ester dalam subtrat lipid yang tidak dapat larut didalam air.Sebagai contoh sisi aktif enzim ini dapat menghidrolisis triasilgliserol menjadi asam lemak dan gliserol.Enzim lipase dapat digunakan untuk menghasilkan emulsifier, surfaktant, mentega, coklat tiruan, protease untuk membantu pengempukan daging dan lainnya.Lipase merupakan enzim yang memiliki peran
9
Universitas Sumatera Utara

penting dalam bioteknologi modern.Banyak industri yang telah mengaplikasikan penggunaan enzim sebagai biokatalis.

Gambar 2.3 Mekanisme Enzimatik Produksi FAME [19].

Pada gambar diatas melaporkan bahwakinetikabiodieselmengikutimekanisme

Ping-Pong

BiBidengan

sebagian

besarmodel

sebelumnyayang

diusulkanmenggunakanasam

lemakrantai

10
Universitas Sumatera Utara

panjangdenganlipasesebagaikatalis.Mekanismeyang

diusulkantransesterifikasidengankatalisenzimatikterjadidalam empat langkah: (a)

enzim-substrat kompleksterbentuk karenapenambahan oksigennukleofilikdalam

kelompokOHyanghadir

padaenzim,

(b)

asamterkonjugasidariaminamentransferprotondenganoksigenalkilsubstratdanpembent

ukangliserolbagian(jika triacylglycerideadalahsubstrat, diacylglycerideakan

membentukdengangliserolbagiandansebagainya), (c) atom

oksigendarimolekulalkoholditambahkan

keatomkarbon

dariC=Odariasilenzimmenengah,sehinggaterasilasikompleksenzim-alkohol

terbentukdan(d) oksigen darikompleksenzimdihilangkandanprotonditransfer

dariasamterkonjugasidariamina, sehingga asam lemakmetilester [20].

2.2.2 STABILITAS ENZIM DI DALAM CAIRAN IONIK Dilaporkan dalam literatur telah berhasil menerapkan cairan ionik
sebagaipendukung enzimatik, menciptakan sistem katalitik yang dapat digunakan dalam transesterifikasi minyak menjadi biodiesel. Biokatalisis dalam cairan ionik menunjukkan selektivitas yang lebih tinggi, tingkat yang lebih tinggi dan stabilitas enzim yang lebih besar. Dalam produksi biodiesel,dukungan enzim dalam cairan ionik telahdikembangkan bertujuan untuk mengatasi masalah yang terkait dengan transesterifikasi enzimatik konvensional, seperti penonaktifan enzim oleh beberapa alkoholterutama metanol dan penyumbatan situs aktif enzim dengan gliserol yang menurunkan aktivitas mereka dan menghambat penggunaan kembali biokatalis tersebut. Karena kelemahan ini, enzimterutama lipase tidak diterapkan pada skala industri, meskipun menyajikan aktivitas katalitik yang tinggi untuk transesterifikasi trigliserida di bawah kondisi reaksi ringan [21].
Stabilisasi enzim di dalam ionic liquids solvent (ILS) adalah salah satu kunciuntuk pengembangan lebih efisienproses biokatalitik untuk industri, aplikasilingkunganatau biomedis. Sebagaimana dibahasdi bagian sebelumnya, penggunaanenzimdalam ILS menyajikan keuntungan yang berbeda ketikadibandingkan dengan pelarut organik konvensional.Di sisi lain, dalam beberapa kasus aplikasienzim dapat dibatasi oleh kelarutan yang rendah, kegiatan atau stabilitas di ILS. Peningkatan fungsi enzim sangat penting untuk aplikasi skala

11
Universitas Sumatera Utara

besar untukmenguntungkan secara ekonomis. Metode untuk menstabilkan dan mengaktifkan enzim dalam ILS dapat dibagimenjadi dua strategi yang berbeda : yaitu dengan cara modifikasi enzim dan modifikasipelarut. Modifikasi enzimtermasuk liofilisasi (untuk mengubahmorfologi enzim padat), modifikasi kimia (untuk penambahan kimiafungsi ke dalam biomolekul enzim) dan imobilisasi dalam dukungan yang cocok.
Selain itu memahami faktor-faktor yangmempengaruhi aktivitas enzim dan stabilitas di media ILS juga sangat penting. Telah dilaporkan bahwa reaksi enzim dalam ILS dapat dipengaruhi oleh beberapa faktorseperti aktivitas air, pH, bahan pembantu dan kotoran. Beberapa sifat ILS memilikijuga telah berkaitan dengan aktivitas dan stabilitas enzim,yang paling penting termasukpolaritas,kapasitas ikatan hidrogen, viskositas dan hidrofobik. Hal ini jelas dari set properti yang jenis dan kekuataninteraksi ILS dapat membangun dengan molekul enzim pasti akan mempengaruhi struktur 3D mereka.Pengaruh tersebut dapat menghasilkan atau tidak perubahan aktivitas enzim[22].
Gambar 2.4 Stabilitas Enzim di dalam Cairan Ionik [23]
2.3BIODIESEL Biodiesel merupakan monoalkil ester dari asam-asam lemak rantai panjang
yang terkandung dalam minyak nabati atau lemak hewani untuk digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel.Biodisel sebagai bahan alternatif, mulai diteliti sebagai akibat semakinsadarnya manusia akan pencemaran yang ditimbulkan bahan bakar konvensional(bahan bakar fosil) serta persediaan minyak bumi yang terus menipis. Sebagaibahan bakar yang dapat diperbaharui, biodisel mempunyai keuntungan antara lainkarena mudah digunakan (memerlukan hanya sedikit atau bahkan tidakmemerlukan sama sekali modifikasi dari mesin diesel yang telah ada), dapat
12
Universitas Sumatera Utara

diuraialam secara alamiah, dan dapat diproduksi secara domestik dari hasil pertanian.Dibandingkan dengan minyak solar, biodisel dapat menghasilkan jumlahpower, dan torsi yang sama dengan minyak solar dalam jumlah yang sama. Hal inidikarenakan umumnya biodisel mempunyai nilai setana yang lebih tinggi dariminyak solar.Selain itu biodisel juga mempunyai efek pelumasan yang lebih baikdaripada minyak solar.Biodisel juga sesuai dengan komponen mesin disel emisigas buang yang dihasilkan ternyata juga lebih baik dalam beberapa hal biladibandingkan dengan menggunakan bahan bakar fosil [24].
Biodiesel terdiri dari mono-alkil ester asam lemak, yang biasanya ester metil dan kadang-kadang disebut sebagai FAME, atau metil ester asam lemak. Ini monoalkil ester yang dihasilkan hari ini dari lemak, minyak, atau sayuran bahan baku minyak menggunakan reaksi kimia yang disebut transesterifikasi. Proses teknologi transesterifikasi mapan dan saat ini tidak merupakan faktor pembatas di pasar biodiesel. Bahan bakar terbarukan ini terutama digunakan sebagai 2- 20% volume campuran dengan petroleum diesel.Campuran biodiesel misalnya B5 menunjukkan 5% volume biodiesel campuran [25].
Bahan bakar biodiesel dibuat dengan mengkonversi minyak nabati dan lemak hewani menjadi dikenal sebagai asamlemak alkil ester. Untuk menjadi ester, minyak atau lemak harus dipanaskan dan dicampur dengan kombinasi metanol dan natrium hidroksida. Proses konversi ini disebut esterifikasi atau transesterifikasi.Aditif biodiesel memiliki banyak manfaat selain untukmengurangi ketergantungan pada minyak yang lain. Para peneliti telah berpaling ke lemak ayam sebagai pengganti yang lebih murah dari minyak kedelai.Mereka telah menunjukkan bahwa adanya bahan baku yang menguntungkan untuk produksi biodiesel karena tersedia dengan biaya yang rendah dan memiliki potensi hasil sangat tinggi. Namun, kehadiran asam lemak bebas dalam lemak ayam mentah telah menjadi hambatan yang signifikan untuk menghasilkan hasil biodiesel yang tinggi. Asam lemak menciptakan masalah dalam proses transesterifikasi karena mereka cenderung membentuk sabun sebagai produk sampingan. Sabun ini meningkatkan pembentukan gel, yang membuatnya lebih sulit untuk menghasilkan bahan bakar biodiesel yang tinggi [26].
2.4PROSES PRODUKSI BIODIESEL
13
Universitas Sumatera Utara

Minyak mentah dan lemak dapat diekstrak dari sayurdan sumber hewani untuk menjadi salah satu alternatif penggunaanbahan bakar fosil , namun tidak dapat menjalanipembakaran langsung dalam mesin diesel modern karenaviskositas dan kerapatan yang tinggi [16]. Minyak terdiri dari trigliserida yangdapat dikonversi menjadi biofuel menggunakan tiga teknik pengolahanutamapirolisis, juga dikenal sebagaicracking, microemulsification dan transesterifikasi adalah metode yang paling popular [27]. Minyak juga terdapat asam lemak bebas yang dapat dikonversi keester dengan proses esterifikasi.
Biodiesel dianggap sebagai bahan bakar yang menjanjikan sebagai bahan bakar fosil.Secara kimia, biodiesel merupakan campuran asam lemak alkil ester (FAME) yang dihasilkan dari berbagai bahan minyak, seperti minyak nabati, lemak hewan dan limbah minyak.FAME diperoleh dengan transesterifikasi katalitik dari trigliserida dengan alkohol (biasanya metanol atau etanol). Transesterifikasi kimia telah digunakan untuk produksi industri biodiesel meskipun proses memiliki beberapa kelemahan yaitu energi yang intensif, pemulihan gliserol yang harus dikeluarkan dari produk, limbah yang memerlukan perawatan dan asam lemak bebas yang mengganggu dalam reaksi [28].Baru-baru ini sintesis enzim biodiesel telah banyak dilakukan. Proses enzimatik ini memiliki banyak keuntungan dibandingkan metode kimia. Pemulihan produk lebih mudah dan konversi yang tinggi, sedangkan kelemahan utama adalah penonaktifan enzim sebagai akibat dari hidrofilik sifat substrat alkohol yang membatasi jumlah operasi daur ulang yang dapat dilakukan. Cairan ionik (ILS) telah terbukti sebagai pelarut yang baik untuk banyak proses biokimia dan memiliki kemampuan luar biasa untuk menstabilkan enzim selama terus menerus operasi [29].
Dalam penelitian ini kami akan menggunakan proses enzimatik baru untuk memproduksi biodiesel dari CPO (Crude Palm Oil) menggunakan lipase terimobilisasi yaitu lipozyme sebagai katalis dalam sistem reaksi berdasarkan cairan ionik immidazolium dengan panjang gugus dalam struktur kation PF6. Dimana hasil akhir dalam percobaan ini akan terjadi 3 fasa yaitu biodiesel, gliserol dan enzim dengan cairan ionik padat.
14
Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.5 Campuran Reaksi Biodiesel, Gliserol dan Enzim dengan IL Padat [30]
2.4.1 REAKSI TRANSESTERIFIKASI Reaksi antara minyak (trigliseraldehida) dan alkohol merupakan reaksi
transesterifikasi. Transesterifikasi adalah suatu reaksi yang menghasilkan ester dimana salah satu pereaksinya juga merupakan senyawa ester. Jadi disini terjadi pemecahan senyawa trigliseraldehida dan migrasi gugus alkil antara senyawa ester. Ester yang dihasilkan dari dari reaksi transesterifikasi ini disebut biodiesel.Reaksi transesterifikasi merupakan reaksibolak balik yang relatif lambat. Untukmempercepat jalannya reaksi dan meningkatkanhasil, proses dilakukan dengan pengadukanyang baik, penambahan katalis dan pemberianreaktan berlebih agar reaksi bergeser ke kanan.Pemilihan katalis dilakukan berdasarkankemudahan penanganan dan pemisahannya dari produk.
Reaksi transesterifikasi memerlukan minyak berkemurnian tinggi (kandungan%FFA