PROSES DEGUMMING PADA CPO MEKANISME KERJA ENZIM

8

2.2 PROSES DEGUMMING PADA CPO

Proses pemurnian minyak nabati pada umumnya terdiri dari 4 tahap, yaitu: a proses pemisahan gum degumming, b proses pemisahan asam lemak bebas netralisasi dengan cara mereaksikan asam lemak bebas dengan basa atau pereaksi lainnya sehingga terbentuk sabun, c proses pemucatan bleaching yang merupakan proses penghilangan komponen warna coklat seperti karotenoid tokoferol, dan d proses penghilangan bau deodorisasi yang merupakan proses penghilangan asam lemak bebas dan komponen penyebab bau tidak sedap seperti peroksida, keton dan senyawa hasil oksidasi lemak lainnya [18]. Degumming adalah proses pemisahan gum, yaitu proses pemisahan getah atau lendir yang terdiri dari fosfolipid, protein, residu, karbohidrat, air dan resin. Beberapa cara yang dapat dilakukan untuk proses pemisahan gum antara lain adalah pemanasan, penambahan asam H 3 PO 4 , H 2 SO 4 dan HCl atau basa NaOH, pemisahan gum dengan cara hidrasi dan pemisahan gum dengan menggunakan garam seperti natrium khlorida dan natrium fosfat. Degumming biasanya dilakukan dengan cara dehidrasi gum agar bahan nontrigliserida tersebut lebih mudah terpisah dari minyak, kemudian disusul dengan proses pemisahan yang dapat dilakukan dengan cara sentrifusi. Sedangkan fosfatida dipisahkan dengan cara menyalurkan uap panas ke dalam CPO sehingga terpisah dari minyak, sedangkan fosfatida yang tidak larut air dapat dipisahkan dengan penambahan asam fosfat. Asam fosfat ini dapat menginisiasi terbentuknya gumpalan sehingga mempermudah pengendapan kotoran, selain itu penggunaannya dapat menurunkan bilangan peroksida minyak yang telah dipucatkan dan dapat meningkatkan kestabilan warna, akan tetapi semakin tinggi kadar asam fosfat yang digunakan maka bilangan peroksida dari minyak yang telah dipucatkan akan semakin meningkat. Degumming yang menggunakan uap panas disamping asam fosfat disebut sebagai wet degumming, sedangkan bila dilakukan tanpa menggunakan air dinamakan dry degumming [19]. 9

2.3 BIODIESEL

2.3.1 Pengertian Biodiesel

Biodiesel merupakan nama yang diberikan untuk bahan bakar yang terdiri dari monoalkil ester yang dapat terbakar dengan bersih. Biodisel sebagai bahan alternatif, mulai diteliti sebagai akibat semakin sadarnya manusia akan pencemaran yang ditimbulkan bahan bakar konvensional bahan bakar fosil serta persediaan minyak bumi yang terus menipis. Sebagai bahan bakar yang dapat diperbaharui, biodisel mempunyai keuntungan antara lain karena mudah digunakan memerlukan hanya sedikit atau bahkan tidak memerlukan samasekali modifikasi dari mesin diesel yang telah ada, dapat diurai alam secara alamiah, dan dapat diproduksi secara domestik dari hasil pertanian. Dibandingkan dengan minyak solar, biodisel dapat menghasilkan jumlah power, dan torsi yang sama dengan minyak solar dalam jumlah yang sama. Hal ini dikarenakan umumnya biodisel mempunyai nilai setana yang lebih tinggi dari minyak solar. Selain itu, biodiesel juga mempunyai efek pelumasan yang lebih baik daripada minyak solar. Biodiesel juga sesuai dengan komponen mesin disel emisi gas buang yang dihasilkan ternyata juga lebih baik dalam beberapa hal bila dibandingkan dengan menggunakan bahan bakar fosil [20]. Biodiesel merupakan mono alkil ester dari asam lemak rantai panjang bebas yang telah menjadi semakin menarik di seluruh dunia, karena diperoleh dari sumber daya terbarukan, dikombinasikan dengan kinerja tinggi dan manfaat lingkungan. Dalam beberapa kali, karena kegiatan manusia dan teknologi, dunia telah menghadapi banyak tantangan seperti pemanasan global. Tantangan-tantangan ini telah menyebabkan untuk mencari bahan bakar alternatif yang telah mendapatkan signifikan perhatian dalam beberapa kali. Biodiesel berasal dari trigliserida minyak nabati dan lemak hewan telah menunjukkan potensi sebagai pengganti bahan bakar diesel berbasis minyak bumi. Bahan bakar biodiesel berasal dari tanaman, memiliki keuntungan lebih dalam emisi pembakaran, seperti rendah emisi CO, partikulat, SOx terbakar hidrokarbon selama proses, dan sifat sebanding dengan bahan bakar berbasis minyak bumi. Biodiesel bersifat terbarukan, biodegradable dan tidak mengandung sulfur, hidrokarbon aromatik, logam dan residu minyak mentah karena seluruhnya terbuat dari minyak nabati atau 10 lemak hewan.Emisi siklus hidup keseluruhan CO 2 dari 100 biodiesel adalah 78,45 lebih rendah daripetrodiesel. Biodiesel memiliki titik nyala yang relatif tinggi sekitar 150 o C yang membuatnya lebih stabil dan aman untuk transportasi dibandingkan minyak solar [21] . Berikut ini merupakan persyaratan kualitas biodiesel menurut SNI tahun 2006 dapat disajikan pada tabel 2.4: Tabel 2.4 Persyaratan Kualitas Biodiesel [22] Parameter dan Satuannya Batas Nilai Massa jenis pada 40 °C, kgm 3 850 – 890 Viskositas kinematik pada 40 °C, mm 2 s cSt 2,3 – 6,0 Angka setana Min. 51 Titik nyala mangkok tertutup, °C Min. 100 Titik kabut, °C Maks. 18 Kororsi bilah tambaga, 3 jam, 50 °C Maks. No 3 Residu karbon, berat Maks. 0,05 - Dalam contoh asli maks. 0,03 - Dalam 10 ampas distilasi Air dan sedimen volume Maks. 0,05 Temperatur distilasi 90, °C Maks. 360 Abu tersulfatkan, berat Maks. 0,02 Belerang, ppm-b mgkg Maks. 100 Fosfor, ppm-b mgkg Maks. 10 Angka asam, mg-KOHg Maks. 0,8 Gliserol bebas, berat Maks. 0,02 Gliserol total, berat Maks. 0,24 Kadar ester alkil, berat Min. 96,5 Angka iodium, g-12100 g Maks. 115 Uji Halphen Negatif

2.3.2 Proses Pembuatan Biodiesel

a. Secara Kimiawi Transesterifikasi secara kimia menggunakan proses katalis alkali cukup sukses dalam mengkonversi trigleserida ke minyak biodiesel metil 11 ester. Meskipun reaksi transesterifikasi dengan katalis alkali menghasilkan tingkat konversi yang tinggi dan waktu reaksi yang cepat namun reaksi tersebut mempunyai kekurangan yakni energi besar intensive, gliserin sulit dipulihkan recovery, katalis dibuang dan perlu pengolahan, asam lemak bebas dan air bercampur dengan reaksi [23]. Secara umum produksi biodieselyang sekarang ini menggunakan proses transesterifikasi trigliserida. Transesterifikasi disebut juga alkoholis atau metanolis yaitu proses penggantian alkohol ester gliserol dengan alkohol lain. Alkoholis lemak umumnya menggunakan alkohol rantai pendek dengan katalis kimia asam atau basa atau biokatalis enzimatik. Penggunaan katalis kimia dalam proses produksi biodiesel memiliki beberapa kelemahan, yaitu 1 memerlukan kemurnian bahan baku yang tinggi kadar asam lemak bebas kurang dari 2, 2 dapat menimbulkan limbah cair dan biaya pemurnian produk yang tinggi dan 3 penggunaan katalis kimia dapat mengakibatkan sulitnya dilakukan proses pemisahan katalis setelah proses. Kelemahan dari katalis kimia ini, dapat diperkecil dengan penggunaan katalis enzim khususnya lipase. Katalis enzim memiliki beberapa kelebihan antara lain : 1 bersifat spesifik sehingga pembuatan produk samping dapat dihindari, 2 temperatur dan tekanan rendah untuk rendah untuk proses reaksi sehingga akan berpengaruh untuk pengurangan biaya produksi terutama utilitas, 3 katalis enzim lebih ramah lingkungan dan 4 proses pemisahan gliserol dapat dilakukan tanpa perlu dilakukan proses pemurnian [1]. b. Secara Enzimatis Proses transesterifikasi dengan enzim cenderung mempunyai kelebihan dalam peningkatan kuantitas dan kualitas hasil konversi minyak nabati menjadi minyak biofuelbiodiesel. Keuntungan aplikasi katalis enzim lipase dibandingkan dengan katalis alkali dalam peningkatan kuantitas dan kualitas konversi minyak nabati ke biodiesel meliputi temperatur kerja lebih rendah 30 o C – 40 o C, tanpa busa, hasil konversi metil ester tinggi, bersifat murni mudahtanpa pemurnian, gliserol mudah dipulihkan 12 recovery dan tidak terpengaruh kandungan air. Namun proses transesterifikasi secara enzimatik masih terfokus pada kajian ekonomis sehubungan pengadaan enzim lipase yang masih relatif mahal. Produksi enzimlipase secara mandiri asli indigenous menjadi faktor penting untuk mendukung proses transesterifikasi secara enzimatik. Beberapa enzim lipase indigenous telah dibuat dan diaplikasikan untuk proses hidrolisis, esterifikasi dan tranesterifikasi secara enzimatik meliputi enzim ekstrak kecambah biji wijen, dedak padi, bromelin, protease, ragi tempe [23].

2.4 ENZIM LIPASE SEBAGAI BIOKATALIS

2.4.1 Pengertian Lipase

Lipase merupakan enzim yang dapat diproduksi oleh beberapa mikroorganisme diantaranya yaitu bakteri dan jamur. Meningkatnya ketertarikan terhadap lipase karena enzim ini dapat digunakan sebagai katalis dalam hidrolisis untuk mensintesis ester asam lemak. Aktifasi lipase terjadi di permukaan air-lemak, yang merupakan karakteristik struktural yang unik dari kelas enzim ini. Lipase menjadi unit olgopeptida heliks yang melindungi active site sehingga disebut pada interaksi dengan permukaan hidrofobik seperti droplet lemak, memungkinkan pergerakan seperti dalam jalan untuk membuka active site untuk substrat [24]. Lipase merupakan kelompok enzim yang berfungsi sebagai biokatalis hidrolisis lemak. Lipase banyak digunakan untuk konversi triasilgliserol TAG menjadi diasilgliserol DAG. Penggunaan lipase penting untuk produksi minyak sehat healthy oil. Indonesia dengan keanekaragaman hayati tinggi berpeluang besar mengembangkan produksi lipase dari mikroba lokal, salah satunya adalah kapang. Indonesia dengan keanekaragaman hayatinya berpeluang besar untuk mengembangkan produksi lipase dari mikroba lokal. Eksplorasi mikroba lipolitik lokal telah banyak dilakukan, namun hingga saat ini lipase komersial belum terdapat di pasaran. Kondisi kultur optimum untuk mikroba sumber belum ditemukan, sehingga penggunaan isolat alami sebagai sumber lipase memiliki daya hasil yang relatif rendah. Kapang merupakan mikroba yang 80 kebutuhan substratnya dipenuhi oleh 13 makromolekul yang memiliki rantai karbon. Beberapa jenis kapang diketahui tumbuh pada habitat yang mengandung minyak, misalnya tandan kelapa sawit. Beberapa kapang penghasil lipase antara lain adalah Aspergillus niger, Mucor miehei, Monilia sitophila, Rhizopus delemar, dan R. javanicus [25].

2.4.2 Penggunaan Enzim Lipase sebagai Biokatalis

a. Lipase Bebas Lipase merupakan enzim yang memiliki peran yang penting dalam bioteknologi modern. Banyak industri yang telah mengaplikasikan penggunaan enzim sebagai biokatalis. Lipase terkenal memiliki aktivitas yang tinggi dalam reaksi hidrolisis dan dalam kimia sintesis. Lipase dapat berperan sebagai biokatalis untuk reaksi reaksi hidrolisis, esterifikasi, alkoholisis, asidolisis and aminolisis. Candida dan Rhizopus yang merupakan organisme yang paling sering dipakai sebagai sumber sintesis penghasil lipase [2]. Penggunaan enzim sebagai biokatalis telah memegang peranan yang sangat penting pada industri kimia dan farmasi. Salah satu biokatalis yang potensial digunakan pada berbagai industri detergen, pangan, tekstil, pulp, kertas dan farmasi adalah lipase.Beberapa tahun terakhir ini, lipase banyak digunakan sebagai biokatalis untuk reaksi hidrolisis atau sintesis minyak dan lemak. Alasan utamanya adalah proses yang digunakan lebih efisien dengan selektivitas yang tinggi, kualitas yang dihasilkan lebih baik, serta ramah terhadap lingkungan [3]. b. Amobilisasi Lipase Sebagai biokatalis enzim lipase hanya dapat dilakukan dalam satu kali reaksi. Salah satu cara untuk mengatasi kelemahan ini adalah dengan dilakukannya teknik immobilisasi pada enzim yang akan digunakan. Immobilisasi enzim bertujuan untuk meningkatkan stabilitas dan produktivitas enzim tersebut sehingga lipase dapat digunakan kembali [3]. Amobilisasi lipase secara luas digunakan untuk aplikasi industri terutama untuk sintesis biodiesel. Banyak studi tentang metode amobilisasi lipase yang telah dilakukan, diantaranya yaitu adsorpsi dalam support padat 14 dan entrapment dalam matriks polimer support. Tetapi metode adsorpsi dan entrapment memiliki beberapa kekurangan, diantaranya yaitu enzim amobil mudah dipengaruhi oleh kondisi lingkungan karena interaksi antara enzim dengan support sangat lemah sehingga enzim mudah lepas. Pada metode entrapment, preparasi yang dilakukan agar enzim menempel pada matriks polimer sangat sulit dan aktifitas enzimnya cenderung rendah.Sehingga alternatif yang digunakan untuk amobilisasi enzim yaitu dengan menggunakan metode kovalen. Metode ikatan kovalen ini memiliki beberapa keuntungan yaitu ikatan antara enzim dan support stabil sehingga enzim tidak mudah lepas ke dalam larutan dan substrat dapat dengan mudah berinteraksi karena enzim berada pada permukaan support [3].

2.4.3 Lipozyme sebagai Biokatalis

Lipozyme adalah produk yang dihasilkan secara biologis, sangat efisien pada lemak organik. Hal ini dapat digunakan pada semua permukaan. Lipozyme adalah produk yang sangat aman bagi pengguna [26]. Reaksi transesterifikasi dikatalisasi oleh lipase amobil di bawah suhu tinggi cenderung mengekspos Lipozyme TL IM dengan risiko perubahan konformasi [27]. Tingkat denaturasi ireversibel untuk Lipozyme TL IM ketika berada di bawah perlakuan panas yang berbeda dipelajari untuk menentukan waktu paruh serta kekuatan tahan panas. Inaktivasi termal Lipozyme TL IM mungkin karena efek interaksi yang bertentangan antara molekul pelarut dengan membran-lipase sistem yang reversibel menghasilkan perubahan konformasi pada struktur aktif lipase. Dalam transesterifikasi enzimatik dengan berbagai jenis alkohol asil seperti metanol, 1-propanol, 2-propanol, katalis kegiatan Lipozyme TL IM sebagian besar disebarkan pada 40 ° C [28, 29]. Dengan demikian, Lipozyme TL IM paling mendukung untuk menghasilkan FAME pada 40 ° C terlepas dari sumber minyak dan aseptor asil [30]. 15

2.5 MEKANISME KERJA ENZIM

Mekanisme kerja enzim terdiri dari tahap-tahap yang ditunjukkan pada gambar 2.2 : Gambar 2.2. Mekanisme Produksi Enzimatik FAME [31] 16 Mekanisme alkoholisis katalis esterase terdiri dari langkah-langkah berikut seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2: a Penambahan nukleofilik untuk membentuk enzim-substrat yang kompleks, di mana Nukleofil adalah oksigen dalam kelompok O-H pada enzim. b Proton ditransfer dari asam konjugat dari amina ke atom oksigen alkil substrat, dan bagian gliserol terbentuk. Jika triasilgliserida yang merupakan substrat awal, maka yang akan terbentuk adalah diasilgliserida, sedangkan jika diasilgliserida adalah substrat, maka akan membentuk monoasilgliserida dan sebagainya. c Atom oksigen dari molekul metanol ditambahkan ke atom karbon dari CO dari asil enzim menengah untuk membentuk enzim-alkohol kompleks yang terasilasi. d Atom oksigen enzim kompleks tersebut tereliminasi dan proton ditransfer dari asam konjugat dari amina, menghasilkan metil ester asam lemak, yaitu, biodiesel. Langkah-langkah ini merupakan mekanisme Ping-Pong Bi Bi, yang sependapat dengan sebagian besar studi kinetik sebelumnya pada reaksi esterifikasi katalis lipase asam lemak rantai panjang [31]. Mekanisme Ping Pong Bi-Bi Gambaran tentang kinetika enzim sederhana terdiri dari satu langkah reaksi. Namun, sebagian besar reaksi enzimatik lebih rumit, seperti halnya reaksi dalam produksi biodiesel. Reaksi-reaksi ini meliputi pengikatan substrat kedua untuk enzim serta beberapa langkah dalam mekanisme. Hal ini disebut sebagai mekanisme ping pong bi-bi dan digambarkan pada Gambar 2.3. Gambar 2.3. Mekanisme ping pong bi-bi [32] Gambar 2.3 menjelaskan reaksi transfer kelompok di mana satu atau lebih produk yang dibebaskan sebelum semua substrat ditambahkan di mana E=enzim, 17 A=substrat pertama, P=produk pertama, F=enzim yang stabil, B=substrat kedua, Q=produk kedua [32]. Dalam jenis reaksi, satu atau lebih produk dibebaskan sebelum semua substrat terikat. Sekelompok fungsional substrat pertama A terikat ke enzim untuk menghasilkan produk pertama P dan enzim kompleks yang stabil terikat erat dengan kelompok fungsional. Pada tahap kedua reaksi, kelompok fungsional dipindahkan dari enzim oleh kedua substrat B untuk menghasilkan produk kedua Q sehingga melepaskan bentuk asli dari enzim [32].

2.6 POTENSI EKONOMI