Pengaruh Laju Alir Udara dan Lama Inkubasi Terhadap Hidrolisis In Situ Minyak Jarak Dalam Biji Jarak Untuk Produksi Asam Risinoleat

PENGARUH LAJU ALIR UDARA DAN LAMA INKUBASI

TERHADAP HIDROLISIS

IN SITU

MINYAK JARAK DALAM

BIJI JARAK UNTUK PRODUKSI ASAM RISINOLEAT

Oleh

HEVY SUSANTI

F34101066

2006

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

Kupersembahkan karya ini untuk

Ibu, Bapak, adikku Hendra, dan Mas Fajar

serta orang-orang yang kusayangi

“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada

kemudahan. Maka apabila kamu telah

selesai dari suatu urusan, kerjakanlah

dengan sungguh-sungguh urusan yang

PENGARUH LAJU ALIR UDARA DAN LAMA INKUBASI TERHADAP HIDROLISIS IN SITU MINYAK JARAK DALAM BIJI JARAK

UNTUK PRODUKSI ASAM RISINOLEAT

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian

Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor

Oleh HEVY SUSANTI

F34101066

2006

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

Hevy Susanti. F34101066. Pengaruh Laju Alir Udara dan Lama Inkubasi Terhadap Hidrolisis In Situ Minyak Jarak dalam Biji Jarak untuk Produksi Asam Risinoleat. Di bawah bimbingan Prayoga Suryadarma. 2006.

RINGKASAN

Tanaman jarak (Ricinus communis L.) dapat menghasilkan minyak jarak yang

memiliki kandungan asam risinoleat sebesar 87 persen (Swern, 1979). Asam risinoleat sangat mudah dimodifikasi menjadi berbagai macam produk karena memiliki ikatan rangkap dan dua gugus aktif yaitu gugus hidroksil dan karboksil (Ramamurthi et al., 1998). Selama ini asam risinoleat dihasilkan dari proses hidrolisis minyak jarak. Hidrolisis minyak dapat dilakukan secara enzimatis dengan memanfaatkan lipase sebagai biokatalisator. Namun, proses hidrolisis enzimatis belum umum digunakan karena memerlukan waktu yang lebih lama, proses kontinyu relatif lebih sulit dan harga enzim yang lebih mahal. Penggunaan teknik hidrolisis in situ diharapkan dapat memperbaiki proses hidrolisis enzimatik yang ada saat ini. Teknik hidrolisis in situ dilakukan dengan memanfaatkan kandungan enzim lipase alami dalam biji jarak yang jumlahnya sangat besar, serta mikroorganisme penghasil lipase yang ditumbuhkan pada biji jarak. Teknik ini dilakukan dengan menginkubasi biji jarak dalam inkubator dengan kondisi proses terkontrol. Agar proses hidrolisis in situ berjalan lebih optimal, dilakukan pengaturan kondisi inkubasi yang meliputi laju alir udara dan lama inkubasi sehingga dihasilkan minyak dengan bilangan asam yang tinggi.

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan pengaruh faktor laju alir udara dan lama inkubasi terhadap sifat fisikokimia minyak jarak, serta mengetahui permukaan respon parameter bilangan asam minyak jarak hasil hidrolisis in situ dalam biji jarak. Parameter fisikokimia yang diamati meliputi bilangan asam, bilangan iod, bilangan penyabunan dan indeks bias.

Penelitian dilakukan dalam empat tahap, yaitu analisis proksimat biji jarak, karakterisasi awal minyak jarak, penentuan pengaruh faktor terhadap sifat fisikokimia minyak jarak hasil hidrolisis in situ dalam biji jarak, identifikasi kapang pada biji jarak, dan analisis permukaan respon parameter bilangan asam. Rancangan percobaan yang digunakan dalam penelitian ini adalah rancangan faktorial dua taraf dengan dua faktor perlakuan yaitu laju alir udara dan lama inkubasi. Untuk mengetahui permukaan respon

dari parameter bilangan asam digunakan Metode Permukaan Respon (Response Surface

Methodology). Nilai rendah dan tinggi untuk laju alir udara adalah 563 dan 1102

ml/menit, sedangkan untuk lama inkubasi adalah 4 dan 7 hari.

Hasil analisis statistik menunjukkan bahwa laju alir udara berpengaruh positif terhadap peningkatan bilangan asam pada tingkat signifikansi 94,31 persen. Interaksi laju alir udara dengan lama inkubasi juga masih berpengaruh positif terhadap peningkatan nilai bilangan asam pada tingkat kepercayaan 80 persen. Pada tingkat kepercayaan 96,82 persen, interaksi antara laju alir udara dan lama inkubasi berpengaruh positif terhadap peningkatan bilangan penyabunan. Lama inkubasi juga berpengaruh terhadap bilangan penyabunan pada tingkat signifikansi 90 persen. Pengaruh linear dari laju alir udara, lama inkubasi, maupun interaksi kedua faktor tersebut tidak berpengaruh signifikan terhadap nilai bilangan iod maupun indeks bias minyak hasil hidrolisis in situ dalam biji jarak. Uji mikrobiologi menunjukkan bahwa pada biji jarak yang telah diinkubasi, teridentifikasi jenis kapang penghasil lipase antara lain Aspergillus niger, Rhizopus sp., dan Penicillium

sp. Hasil analisis canonical menunjukkan bahwa model permukaan respon bilangan asam berbentuk sadel sehingga nilai optimum tidak dapat ditentukan. Hasil pendugaan nilai terbaik dari bilangan asam sebesar 37,81 mg KOH/g minyak, dihasilkan pada kondisi inkubasi dimana laju alir udara sebesar 1208,22 ml/menit dan lama inkubasi 6,03 hari.

Hevy Susanti. F34101066. Effects of Air Flow Rate and Incubation Period on In Situ Hydrolysis of Castor Oil in Castor Seed for Ricinoleic Acid Production. Supervised by Prayoga Suryadarma. 2006.

SUMMARY

Castor oil which contain 87 % of ricinoleic acid can be produced from castor plant

(Ricinus communis L.). Ricinoleic acid is a versatile compound due to it’s three active

groups i.e. hydroxyl group, carboxyl group and double bond (Ramamurthi et al., 1998). Up to now, ricinoleic acid can be produced by hydrolyzing castor oil. Oil hydrolysis can be carried out by enzymatic hydrolysis using lipases as biocatalyst. However enzymatic hydrolysis is not commonly used because it needs longer period, more complicated continuous process of enzymatic hydrolysis, and more expensive enzyme cost. Application of in situ hydrolysis method is expected will improve enzymatic hydrolysis nowadays. In situ hydrolysis is carried out by exploiting a huge amount natural lipases in castor seed and the microorganism grown in castor seed. In this method, castor seed is incubated in incubator with controlled condition. To accomplish an optimum process, incubation condition, which consist of air flow rate and incubation period, should be controlled in order to produce oil with high acid number.

The aims of this research are to determine effects of air flow rate and incubation period to physical-chemical characteristics of castor oil and to find out the respon surface of acid number from castor oil produced with Surface Respon Methodology. Physical-chemical characteristics of castor oil consist of acid number, iodine number, saponification number, and refractive index.

This research is carried out in four steps, characterization of castor seed, pre-characterization of castor oil, study of air flow rate and incubation period effects to physical-chemical characteristics of castor oil, respon surface analysis of acid number and mold identification at castor seed. The experimental design used in this researh is two level factorial with two treatment, air flow rate and incubation period. While to determine the optimum condition from main parameter using Response Surface Methodology. Low and high value for air flow rate are 563 and 1102 ml/minute, while for incubation period are 4 and 7 days.

Statistic analysis indicated that air flow rate has positive influence for the increasing of acid number at 94.31 percent significancy.Interaction between air flow rate and incubation period is also significant for the increasing of acid number at 80 percent significancy. The most significant effect on saponification number is interaction between air flow rate and incubation period. It has positive influence for the increasing of saponification number at 96.82 percent significancy. While incubation period also significant for the increasing of saponification number at 90 percent significancy. Linear influence of air flow rate, incubation rate, or both interaction, does not influence sigficantly to iodine number or refractive index. Mold identification showed that lipases producer grown in incubated castor seed, i.e. Aspergillus niger, Rhizopus sp., and

Penicillium sp. Canonicalanalysis showed that surface respon model of acid number is a

saddle point, so that the optimum value can not be determined. Estimation of the best acid number is 37.81 mg KOH/g oil with incubation condition of 1208.22 ml/minute air flow rate and 6.03 day incubation period.

SURAT PERNYATAAN

Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul :

”Pengaruh Laju Alir Udara dan Lama Inkubasi Terhadap Hidrolisis In Situ

Minyak Jarak dalam Biji Jarak untuk Produksi Asam Risinoleat”

adalah karya asli saya sendiri dengan arahan dosen pembimbing akademik, kecuali yang dengan jelas ditunjukkan rujukannya.

Bogor, Pebruari 2006 Yang Membuat Pernyataan

Hevy Susanti F34101066

BIODATA PENULIS

Penulis adalah anak pertama dari dua bersaudara yang dilahirkan di Madiun pada tanggal 10 Mei 1983 dari seorang ibu bernama Suwartini dan ayah bernama Munawan. Pendidikan dasar penulis dimulai sejak tahun 1989 di SDN Bangsal 2 Kediri, lalu pada tahun 1990 dipindahkan ke SDN Bajulan 3 Nganjuk hingga selesai pada tahun 1995. Penulis melanjutkan pendidikan di SLTP Negeri 1 Nganjuk, kemudian melanjutkan pendidikan menengahnya di SMU Negeri 2 Nganjuk. Pada tahun 2001 penulis berhasil diterima sebagai mahasiswa Institut Pertanian Bogor pada Departemen Teknologi Industri Pertanian melalui jalur USMI.

Pada saat menjalani kegiatan akademis, penulis aktif pada berbagai organisasi kemahasiswaan antara lain Badan Eksekutif Mahasiswa FATETA (BEM FATETA) periode 2002-2003, Himpunan Mahasiswa Teknologi Industri (HIMALOGIN) periode 2002-2003, dan Himpunan Mahasiswa Islam cabang Bogor (HMI) periode 2002 - 2004.

Selama masa perkuliahan penulis pernah menjadi asisten mata kuliah Laboratorium Bioproses pada Departemen Teknologi Industri Pertanian. Pada tahun 2004, penulis melaksanakan Praktek Lapang di PT. Arnott’s Indonesia dengan topik ”Mempelajari Preaplikasi Sistem Manajemen Mutu Seri ISO 9000 : 2000 di Departemen Sandwich PT Arnott's Indonesia”. Penulis mengakhiri masa studi di IPB setelah menyelesaikan skripsi berjudul ”Pengaruh Laju Alir Udara dan Lama Inkubasi Terhadap Hidrolisis In Situ Minyak Jarak dalam Biji Jarak untuk Produksi Asam Risinoleat”.

Yang Pertama dan Utama yaitu

Atas segala rahmat dan nikmat yang telah dilimpahkan-Nya padaku

Ibu dan Bapak...doamu adalah harapanku, kesempatanku,

motivasiku serta memberikan kekuatan untuk terus ”berkarya dan

berbakti”

Adikku Hendra...teteplah jadi Adek yang baik yach!!!

Mas Fajar... makasih untuk semua pengertian, kesabaran juga kasih

sayangnya selama ini, ”ilmu sabar dan semangat-nya” pasti Adek

inget. Tuk Bpk & Ibu Cip, d’ Lia atas doa, dukungan dan rasa

kekeluargaannya

Goldati ”Titut” Agritha... tengkyu banget untuk semua pengertian

dan persaudaraan yang unik dan indah ini. Thanks udah ngejagain

dan ngebantuin Vitut selama ini. Jalin terus persaudaraan kita ya...

Sister and Brotherku tersayang : Yuni, Indi, Wanto, Fahmy, Galih,

Dicki, Aji, Rifqi...makasih untuk semangat, dorongan, dan

kebersamaan

selama ini. Semoga tali persaudaraan ini akan selalu abadi

Yeni ”Mbok Trie” (teman seperjuanganku)...thanks atas

kebersamaan selama penelitian, ingatlah kesabaran tiada batasnya

dan selalu ada hikmah atas apa yang terjadi pada kita.

Buat Mas Lilik...makasih untuk nasehat2nya selama ini pada kami

Nia ”Nong”, Nisa, O’o, Ani, Wiwin, Yuni Jo, Ibuk, Frida, Mela, Asti,

Febby, Anas, Slamet, Mas Ferry, Johar, Choy, keluarga besar TINers

38...

makasih atas kebersamaan kita sekarang dan selamanya

Perwira 46 crew ”Fadia, Anez, Memel, Herdi, juga semuanya”

makasih untuk semua kebersamaan yang indah selama ini

Seluruh pengurus HMI cabang Bogor 2002-2004, HIMALOGIN dan

ﷲ

TERIMA

KASIHKU

BEM FATETA 2002-2003... terima kasih telah memberikan

pengalaman yang sangat berharga dalam berorganisasi. Semoga

kekeluargaan

yang telah terjalin akan abadi walaupun terhambat oleh jarak

Teteh Ellis dan Synthia...makasih tuk jadi sahabat baikku dari kota

kecil Nganjuk, semoga persahabatan kita tidak akan pudar

selamanya

Seluruh adik-adik kelasku TIN 39 dan TIN 40, terutama untuk Reni

dan Ryan (TIN 39) semoga sukses dan selalu semangat

Terima kasih untuk semuanya yang tidak dapat disebutkan satu

persatu

PENGARUH LAJU ALIR UDARA DAN LAMA INKUBASI

TERHADAP HIDROLISIS

IN SITU

MINYAK JARAK DALAM

BIJI JARAK UNTUK PRODUKSI ASAM RISINOLEAT

Oleh

HEVY SUSANTI

F34101066

2006

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

Kupersembahkan karya ini untuk

Ibu, Bapak, adikku Hendra, dan Mas Fajar

serta orang-orang yang kusayangi

“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada

kemudahan. Maka apabila kamu telah

selesai dari suatu urusan, kerjakanlah

dengan sungguh-sungguh urusan yang

PENGARUH LAJU ALIR UDARA DAN LAMA INKUBASI TERHADAP HIDROLISIS IN SITU MINYAK JARAK DALAM BIJI JARAK

UNTUK PRODUKSI ASAM RISINOLEAT

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian

Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor

Oleh HEVY SUSANTI

F34101066

2006

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

Hevy Susanti. F34101066. Pengaruh Laju Alir Udara dan Lama Inkubasi Terhadap Hidrolisis In Situ Minyak Jarak dalam Biji Jarak untuk Produksi Asam Risinoleat. Di bawah bimbingan Prayoga Suryadarma. 2006.

RINGKASAN

Tanaman jarak (Ricinus communis L.) dapat menghasilkan minyak jarak yang

memiliki kandungan asam risinoleat sebesar 87 persen (Swern, 1979). Asam risinoleat sangat mudah dimodifikasi menjadi berbagai macam produk karena memiliki ikatan rangkap dan dua gugus aktif yaitu gugus hidroksil dan karboksil (Ramamurthi et al., 1998). Selama ini asam risinoleat dihasilkan dari proses hidrolisis minyak jarak. Hidrolisis minyak dapat dilakukan secara enzimatis dengan memanfaatkan lipase sebagai biokatalisator. Namun, proses hidrolisis enzimatis belum umum digunakan karena memerlukan waktu yang lebih lama, proses kontinyu relatif lebih sulit dan harga enzim yang lebih mahal. Penggunaan teknik hidrolisis in situ diharapkan dapat memperbaiki proses hidrolisis enzimatik yang ada saat ini. Teknik hidrolisis in situ dilakukan dengan memanfaatkan kandungan enzim lipase alami dalam biji jarak yang jumlahnya sangat besar, serta mikroorganisme penghasil lipase yang ditumbuhkan pada biji jarak. Teknik ini dilakukan dengan menginkubasi biji jarak dalam inkubator dengan kondisi proses terkontrol. Agar proses hidrolisis in situ berjalan lebih optimal, dilakukan pengaturan kondisi inkubasi yang meliputi laju alir udara dan lama inkubasi sehingga dihasilkan minyak dengan bilangan asam yang tinggi.

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan pengaruh faktor laju alir udara dan lama inkubasi terhadap sifat fisikokimia minyak jarak, serta mengetahui permukaan respon parameter bilangan asam minyak jarak hasil hidrolisis in situ dalam biji jarak. Parameter fisikokimia yang diamati meliputi bilangan asam, bilangan iod, bilangan penyabunan dan indeks bias.

Penelitian dilakukan dalam empat tahap, yaitu analisis proksimat biji jarak, karakterisasi awal minyak jarak, penentuan pengaruh faktor terhadap sifat fisikokimia minyak jarak hasil hidrolisis in situ dalam biji jarak, identifikasi kapang pada biji jarak, dan analisis permukaan respon parameter bilangan asam. Rancangan percobaan yang digunakan dalam penelitian ini adalah rancangan faktorial dua taraf dengan dua faktor perlakuan yaitu laju alir udara dan lama inkubasi. Untuk mengetahui permukaan respon

dari parameter bilangan asam digunakan Metode Permukaan Respon (Response Surface

Methodology). Nilai rendah dan tinggi untuk laju alir udara adalah 563 dan 1102

ml/menit, sedangkan untuk lama inkubasi adalah 4 dan 7 hari.

Hasil analisis statistik menunjukkan bahwa laju alir udara berpengaruh positif terhadap peningkatan bilangan asam pada tingkat signifikansi 94,31 persen. Interaksi laju alir udara dengan lama inkubasi juga masih berpengaruh positif terhadap peningkatan nilai bilangan asam pada tingkat kepercayaan 80 persen. Pada tingkat kepercayaan 96,82 persen, interaksi antara laju alir udara dan lama inkubasi berpengaruh positif terhadap peningkatan bilangan penyabunan. Lama inkubasi juga berpengaruh terhadap bilangan penyabunan pada tingkat signifikansi 90 persen. Pengaruh linear dari laju alir udara, lama inkubasi, maupun interaksi kedua faktor tersebut tidak berpengaruh signifikan terhadap nilai bilangan iod maupun indeks bias minyak hasil hidrolisis in situ dalam biji jarak. Uji mikrobiologi menunjukkan bahwa pada biji jarak yang telah diinkubasi, teridentifikasi jenis kapang penghasil lipase antara lain Aspergillus niger, Rhizopus sp., dan Penicillium

sp. Hasil analisis canonical menunjukkan bahwa model permukaan respon bilangan asam berbentuk sadel sehingga nilai optimum tidak dapat ditentukan. Hasil pendugaan nilai terbaik dari bilangan asam sebesar 37,81 mg KOH/g minyak, dihasilkan pada kondisi inkubasi dimana laju alir udara sebesar 1208,22 ml/menit dan lama inkubasi 6,03 hari.

Hevy Susanti. F34101066. Effects of Air Flow Rate and Incubation Period on In Situ Hydrolysis of Castor Oil in Castor Seed for Ricinoleic Acid Production. Supervised by Prayoga Suryadarma. 2006.

SUMMARY

Castor oil which contain 87 % of ricinoleic acid can be produced from castor plant

(Ricinus communis L.). Ricinoleic acid is a versatile compound due to it’s three active

groups i.e. hydroxyl group, carboxyl group and double bond (Ramamurthi et al., 1998). Up to now, ricinoleic acid can be produced by hydrolyzing castor oil. Oil hydrolysis can be carried out by enzymatic hydrolysis using lipases as biocatalyst. However enzymatic hydrolysis is not commonly used because it needs longer period, more complicated continuous process of enzymatic hydrolysis, and more expensive enzyme cost. Application of in situ hydrolysis method is expected will improve enzymatic hydrolysis nowadays. In situ hydrolysis is carried out by exploiting a huge amount natural lipases in castor seed and the microorganism grown in castor seed. In this method, castor seed is incubated in incubator with controlled condition. To accomplish an optimum process, incubation condition, which consist of air flow rate and incubation period, should be controlled in order to produce oil with high acid number.

The aims of this research are to determine effects of air flow rate and incubation period to physical-chemical characteristics of castor oil and to find out the respon surface of acid number from castor oil produced with Surface Respon Methodology. Physical-chemical characteristics of castor oil consist of acid number, iodine number, saponification number, and refractive index.

This research is carried out in four steps, characterization of castor seed, pre-characterization of castor oil, study of air flow rate and incubation period effects to physical-chemical characteristics of castor oil, respon surface analysis of acid number and mold identification at castor seed. The experimental design used in this researh is two level factorial with two treatment, air flow rate and incubation period. While to determine the optimum condition from main parameter using Response Surface Methodology. Low and high value for air flow rate are 563 and 1102 ml/minute, while for incubation period are 4 and 7 days.

Statistic analysis indicated that air flow rate has positive influence for the increasing of acid number at 94.31 percent significancy.Interaction between air flow rate and incubation period is also significant for the increasing of acid number at 80 percent significancy. The most significant effect on saponification number is interaction between air flow rate and incubation period. It has positive influence for the increasing of saponification number at 96.82 percent significancy. While incubation period also significant for the increasing of saponification number at 90 percent significancy. Linear influence of air flow rate, incubation rate, or both interaction, does not influence sigficantly to iodine number or refractive index. Mold identification showed that lipases producer grown in incubated castor seed, i.e. Aspergillus niger, Rhizopus sp., and

Penicillium sp. Canonicalanalysis showed that surface respon model of acid number is a

saddle point, so that the optimum value can not be determined. Estimation of the best acid number is 37.81 mg KOH/g oil with incubation condition of 1208.22 ml/minute air flow rate and 6.03 day incubation period.

SURAT PERNYATAAN

Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul :

”Pengaruh Laju Alir Udara dan Lama Inkubasi Terhadap Hidrolisis In Situ

Minyak Jarak dalam Biji Jarak untuk Produksi Asam Risinoleat”

adalah karya asli saya sendiri dengan arahan dosen pembimbing akademik, kecuali yang dengan jelas ditunjukkan rujukannya.

Bogor, Pebruari 2006 Yang Membuat Pernyataan

Hevy Susanti F34101066

BIODATA PENULIS

Penulis adalah anak pertama dari dua bersaudara yang dilahirkan di Madiun pada tanggal 10 Mei 1983 dari seorang ibu bernama Suwartini dan ayah bernama Munawan. Pendidikan dasar penulis dimulai sejak tahun 1989 di SDN Bangsal 2 Kediri, lalu pada tahun 1990 dipindahkan ke SDN Bajulan 3 Nganjuk hingga selesai pada tahun 1995. Penulis melanjutkan pendidikan di SLTP Negeri 1 Nganjuk, kemudian melanjutkan pendidikan menengahnya di SMU Negeri 2 Nganjuk. Pada tahun 2001 penulis berhasil diterima sebagai mahasiswa Institut Pertanian Bogor pada Departemen Teknologi Industri Pertanian melalui jalur USMI.

Pada saat menjalani kegiatan akademis, penulis aktif pada berbagai organisasi kemahasiswaan antara lain Badan Eksekutif Mahasiswa FATETA (BEM FATETA) periode 2002-2003, Himpunan Mahasiswa Teknologi Industri (HIMALOGIN) periode 2002-2003, dan Himpunan Mahasiswa Islam cabang Bogor (HMI) periode 2002 - 2004.

Selama masa perkuliahan penulis pernah menjadi asisten mata kuliah Laboratorium Bioproses pada Departemen Teknologi Industri Pertanian. Pada tahun 2004, penulis melaksanakan Praktek Lapang di PT. Arnott’s Indonesia dengan topik ”Mempelajari Preaplikasi Sistem Manajemen Mutu Seri ISO 9000 : 2000 di Departemen Sandwich PT Arnott's Indonesia”. Penulis mengakhiri masa studi di IPB setelah menyelesaikan skripsi berjudul ”Pengaruh Laju Alir Udara dan Lama Inkubasi Terhadap Hidrolisis In Situ Minyak Jarak dalam Biji Jarak untuk Produksi Asam Risinoleat”.

Yang Pertama dan Utama yaitu

Atas segala rahmat dan nikmat yang telah dilimpahkan-Nya padaku

Ibu dan Bapak...doamu adalah harapanku, kesempatanku,

motivasiku serta memberikan kekuatan untuk terus ”berkarya dan

berbakti”

Adikku Hendra...teteplah jadi Adek yang baik yach!!!

Mas Fajar... makasih untuk semua pengertian, kesabaran juga kasih

sayangnya selama ini, ”ilmu sabar dan semangat-nya” pasti Adek

inget. Tuk Bpk & Ibu Cip, d’ Lia atas doa, dukungan dan rasa

kekeluargaannya

Goldati ”Titut” Agritha... tengkyu banget untuk semua pengertian

dan persaudaraan yang unik dan indah ini. Thanks udah ngejagain

dan ngebantuin Vitut selama ini. Jalin terus persaudaraan kita ya...

Sister and Brotherku tersayang : Yuni, Indi, Wanto, Fahmy, Galih,

Dicki, Aji, Rifqi...makasih untuk semangat, dorongan, dan

kebersamaan

selama ini. Semoga tali persaudaraan ini akan selalu abadi

Yeni ”Mbok Trie” (teman seperjuanganku)...thanks atas

kebersamaan selama penelitian, ingatlah kesabaran tiada batasnya

dan selalu ada hikmah atas apa yang terjadi pada kita.

Buat Mas Lilik...makasih untuk nasehat2nya selama ini pada kami

Nia ”Nong”, Nisa, O’o, Ani, Wiwin, Yuni Jo, Ibuk, Frida, Mela, Asti,

Febby, Anas, Slamet, Mas Ferry, Johar, Choy, keluarga besar TINers

38...

makasih atas kebersamaan kita sekarang dan selamanya

Perwira 46 crew ”Fadia, Anez, Memel, Herdi, juga semuanya”

makasih untuk semua kebersamaan yang indah selama ini

Seluruh pengurus HMI cabang Bogor 2002-2004, HIMALOGIN dan

ﷲ

TERIMA

KASIHKU

BEM FATETA 2002-2003... terima kasih telah memberikan

pengalaman yang sangat berharga dalam berorganisasi. Semoga

kekeluargaan

yang telah terjalin akan abadi walaupun terhambat oleh jarak

Teteh Ellis dan Synthia...makasih tuk jadi sahabat baikku dari kota

kecil Nganjuk, semoga persahabatan kita tidak akan pudar

selamanya

Seluruh adik-adik kelasku TIN 39 dan TIN 40, terutama untuk Reni

dan Ryan (TIN 39) semoga sukses dan selalu semangat

Terima kasih untuk semuanya yang tidak dapat disebutkan satu

persatu

KATA PENGANTAR

Alhamdulillahirabbil’alamin, segala puji hanyalah milik Allah SWT. Penulis memanjatkan rasa syukur ke hadirat-Nya atas segala rahmat, karunia, dan pertolongan-Nya sehingga penulis dapat melakukan penelitian serta menyelesaikan skripsi ini.

Selama penelitian dan penyusunan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan, bimbingan, pengetahuan dan pengalaman yang sangat berharga dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, dengan perasaan tulus penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Prayoga Suryadarma STP, MT., selaku dosen pembimbing yang selalu memberikan motivasi, arahan, dan bimbingan selama penulis menjalani kegiatan akademis di Departemen Teknologi Industri Pertanian,

2. Ibu Dr. Ir. Ani Suryani, DEA dan Bapak Ir. Andes Ismayana, MT., selaku dosen penguji yang telah memberikan kritik dan masukan bagi kesempurnaan skripsi ini,

3. Keluarga penulis yaitu Bapak, Ibu dan Adik tercinta yang telah mengisi hari-hari indah dalam hidup ini dengan kasih, doa dan bimbingan yang tak pernah lekang oleh waktu. Semoga Allah senantiasa melimpahkan barokah dan hidayah-Nya,

4. Segenap laboran dan staff di Departemen Teknologi Industri Pertanian yang telah membimbing dan membantu penulis selama penelitian.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat menghargai masukan dan kritik yang dapat menyempurnakan skripsi ini. Akhir kata, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan. Amin.

Bogor, Pebruari 2006

DAFTAR ISI

Halaman KATA PENGANTAR ... i DAFTAR TABEL ... iii DAFTAR GAMBAR ... iv DAFTAR LAMPIRAN ... v I. PENDAHULUAN ... 1 A. LATAR BELAKANG ... 1 B. TUJUAN ... 3 C. RUANG LINGKUP ... 3 II. TINJAUAN PUSTAKA ... 4 A. BIJI JARAK (Ricinus communis L.) ... 4 B. REAKSI HIDROLISIS ... 6 C. ENZIM LIPASE ... 8 D. ASAM RISINOLEAT ... 10 III. METODOLOGI PENELITIAN ... 13 A. ALAT DAN BAHAN ... 13 1. Alat ... 13 2. Bahan ... 14 B. METODE PENELITIAN ... 14 C. RANCANGAN PERCOBAAN ... 17 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 19 A. ANALISIS PROKSIMAT BIJI JARAK ... 19 B. KARAKTERISASI AWAL MINYAK JARAK ... 21

C. PENGARUH FAKTOR LAJU ALIR UDARA DAN LAMA

INKUBASI ... 22 D. PERMUKAAN RESPON PARAMETER BILANGAN ASAM ... 33 V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 40 A. KESIMPULAN ... 40 B. SARAN ... 40 DAFTAR PUSTAKA ... 41 LAMPIRAN ... 44

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1. Komposisi biji jarak ... 5 Tabel 2. Spesifikasi persyaratan mutu biji jarak ... 5 Tabel 3. Sifat fisikokimia minyak jarak ... 6 Tabel 4. Kandungan asam lemak minyak jarak ... 6 Tabel 5. Nilai rendah dan tinggi perlakuan ... 17 Tabel 6. Matriks rancangan faktorial dari masing-masing faktor reaksi ... 18 Tabel 7. Hasil analisis proksimat biji jarak ... 19 Tabel 8. Hasil karakterisasi awal sifat fisikokimia minyak jarak ... 21 Tabel 9. Koefisien parameter dan nilai signifikansi bilangan asam ... 24 Tabel 10. Koefisien parameter dan nilai signifikansi bilangan iod ... 27 Tabel 11. Koefisien parameter dan nilai signifikansi bilangan penyabunan .... 29 Tabel 12. Koefisien parameter dan nilai signifikansi indeks bias ... 33 Tabel 13. Koefisien parameter dan nilai signifikansi optimasi bilangan asam .. 35

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Asam risinoleat ... 1 Gambar 2. Buah jarak ... 4 Gambar 3. Tahapan hidrolisis trigliserida yang dikatalisis oleh lipase ... 7 Gambar 4. Penampang membujur biji jarak ... 10 Gambar 5. Ikatan rangkap dan dua gugus aktif dalam asam risinoleat ... 10 Gambar 6. Skema inkubator dan komponen penyusunnya ... 13 Gambar 7. Inkubator yang digunakan dalam penelitian ... 14 Gambar 8. Diagram alir tahapan penelitian ... 15 Gambar 9. Biji jarak (Ricinus communis L.) ... 19 Gambar 10. Pengaruh interaksi laju alir udara masuk (X1) dan lama

inkubasi (X2) terhadap bilangan asam ... 26

Gambar 11. Reaksi dekomposisi hidroperoksida ... 31 Gambar 12. Pengaruh interaksi laju alir udara (X1) dan lama

inkubasi (X2) terhadap bilangan penyabunan ... 31

Gambar 13. Hubungan laju alir udara (X1) dan lama inkubasi (X2)

terhadap bilangan asam ... 34 Gambar 14. Pengaruh lama inkubasi (X2) terhadap bilangan asam pada

laju alir udara tinggi ... 36 Gambar 15. Pengaruh lama inkubasi (X2) terhadap bilangan asam pada

laju alir udara rendah ... 37 Gambar 16. Pengaruh laju alir udara (X1) terhadap bilangan asam pada

lama inkubasi tinggi ... 38 Gambar 17. Pengaruh laju alir udara (X1) terhadap bilangan asam pada

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Prosedur analisis proksimat biji jarak ... 44 Lampiran 2. Prosedur analisis sifat fisikokimia minyak ... 48 Lampiran 3. Data analisis minyak jarak hasil hidrolisis in situ dalam biji

jarak ... 51 Lampiran 4. Hasil pengujian mikrobiologi kapang pada biji jarak ... 52 Lampiran 5a. Hasil analisis keragaman bilangan asam terhadap pengaruh

laju alir udara dan lama inkubasi ... 53 Lampiran 5b. Koefisien parameter, standar deviasi dan nilai α pada analisis

bilangan asam ... 53 Lampiran 6a. Hasil analisis keragaman bilangan iod terhadap pengaruh

laju alir udara dan lama inkubasi ... 53 Lampiran 6b. Koefisien parameter, standar deviasi dan nilai α pada analisis

bilangan iod ... 53 Lampiran 7a. Hasil analisis keragaman bilangan penyabunan terhadap

pengaruh laju alir udara dan lama inkubasi ... 54 Lampiran 7b. Koefisien parameter, standar deviasi dan nilai α pada analisis

bilangan penyabunan ... 54 Lampiran 8a. Hasil analisis keragaman indeks bias terhadap pengaruh

laju alir udara dan lama inkubasi ... 54 Lampiran 8b. Koefisien parameter, standar deviasi dan nilai α pada analisis

indeks bias ... 54 Lampiran 9a. Hasil analisis keragaman optimasi bilangan asam terhadap

pengaruh laju alir udara dan lama inkubasi ... 55 Lampiran 9b. Koefisien parameter, standar deviasi dan nilai α pada analisis

optimasi bilangan asam ... 55 Lampiran 9c. Hasil pendugaan optimasi terhadap nilai bilangan asam ... 55 Lampiran 10. Dokumentasi ... 56

I.

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Tanaman jarak (Ricinus communis L.) merupakan tanaman tahunan yang hidup di daerah tropis maupun sub tropis. Tanaman ini dapat dibudidayakan dengan sistem tumpang sari pada lahan kering. Pada tahun 2000, luas area tanaman jarak di Indonesia telah mencapai 12.791 hektar dengan produksi biji jarak sebesar 1.504 ton/tahun. Produksi biji jarak di Indonesia terus mengalami peningkatan dari tahun ke tahun. Sampai akhir tahun 2003, produksi biji jarak Indonesia telah mencapai 2.978 ton/tahun (Departemen Pertanian, 2004). Harga ekspor biji jarak saat ini mencapai US$ 0,32/kg atau Rp 3.100/kg (www.nafed.go.id, 2005).

Tanaman jarak menghasilkan biji jarak yang memiliki kandungan minyak sekitar 54 persen. Minyak jarak mengandung komponen asam lemak yang 90 persen terdiri dari asam risinoleat. Asam risinoleat memiliki ikatan rangkap dan dua gugus aktif, yaitu gugus hidroksil dan gugus karboksil, yang menjadikan minyak jarak mudah dimodifikasi (Ramamurthi et al., 1998). Harga asam risinoleat saat ini mencapai US $57,98/500 ml, jauh lebih tinggi daripada harga minyak jarak sendiri yang bernilai US $7,55/l

(www.sciencelab.com, 2005). Asam risinoleat dan turunannya dapat

digunakan dalam industri surface-active agents, plasticizer, aditif minyak pelumas, serta bahan kimia seperti sebacic acid, methyl n-hexyl ketone, capryl alcohol, 10-undecylenic acid, dan heptaldehid (Kirk dan Othmer, 1964). Selain itu asam risinoleat juga banyak dimanfaatkan sebagai bahan obat sakit lambung, emulsifier dalam cat dan tinta, bahan sabun dan kosmetik, bahan campuran plastik dan karet, serta antibioterapi. Rumus molekul asam risinoleat dapat dilihat pada Gambar 1.

H H H H H

CH3(CH2)4C C C C C (CH2)7COOH

H OH H

Selama ini asam risinoleat dihasilkan dari proses hidrolisis minyak jarak. Proses hidrolisis minyak dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu hidrolisis termik menggunakan suhu tinggi (250oC) dan tekanan tinggi (50 atm), menggunakan alkali, dan secara enzimatis. Penggunaan proses termik, selain membutuhkan energi yang cukup besar dan investasi peralatan yang mahal, juga menghasilkan produk berwarna gelap dan bau yang relatif kurang disukai konsumen. Hal ini dapat diatasi dengan menggunakan teknik hidrolisis enzimatik dengan memanfaatkan lipase sebagai biokatalisator dalam proses hidrolisis tersebut (Herawan, 1993).

Kelebihan proses hidrolisis secara enzimatik antara lain tidak memerlukan energi tinggi, investasi peralatan tidak mahal, ramah lingkungan, dan mutu produk yang dihasilkan lebih baik (Herawan, 1993). Namun, proses ini belum umum digunakan secara komersial karena memerlukan waktu yang lebih lama, proses kontinyu relatif lebih sulit dan harga enzim lipase yang lebih mahal. Penggunaan teknik hidrolisis in situ diharapkan dapat memperbaiki proses hidrolisis enzimatis. Saat ini sedang banyak dikembangkan teknik hidrolisis in situ dalam biji jarak, yaitu teknik hidrolisis minyak jarak tanpa mengisolasi minyak maupun enzim lipase dari biji jarak (Mukherjee dan Hills, 1994). Teknik hidrolisis in situ dilakukan dengan memanfaatkan enzim lipase alami dalam biji jarak yang jumlahnya sangat besar, serta mikroorganisme penghasil lipase yang tumbuh pada biji jarak.

Hidrolisis in situ akan lebih optimal jika produksi lipase oleh mikroba berjalan dengan optimal. Jumlah lipase mikroba yang diproduksi dalam proses fermentasi dipengaruhi oleh beberapa faktor lingkungan, salah satunya adalah ketersediaan oksigen (Aires-Barros et al., 1994). Oksigen merupakan senyawa vital untuk pertumbuhan mikroorganisme. Aerasi pada fermentasi padat yang dilakukan dengan udara yang dipaksakan maupun agitasi substrat, dapat meningkatkan pertumbuhan mikroba secara signifikan. Dengan demikian, ketersediaan oksigen dalam inkubator dapat meningkatkan produksi enzim (Ridder et al., 1999). Ketersediaan oksigen dalam inkubator dapat diatur dengan pengaturan laju alir udara yang masuk dalam inkubator.

Aktivitas lipase akan mencapai maksimum pada lama inkubasi tertentu kemudian mengalami penurunan. Aktivitas lipase dari Yarrowia lipolytica 681

mencapai nilai maksimum setelah 60 jam. Setelah 80 jam, aktivitas lipase akan menurun seiring dengan berhentinya pertumbuhan mikroba dan setelah glukosa substrat terkonsumsi serta pH medium menurun (Corzo et al., 1999).

Pengaturan laju alir udara dan lama inkubasi dilakukan agar proses hidrolisis in situ berjalan lebih optimal sehingga dihasilkan minyak dengan bilangan asam yang tinggi. Bilangan asam menunjukkan kandungan asam lemak bebas dalam minyak, dalam hal ini adalah asam risinoleat. Semakin tinggi nilai bilangan asam, semakin banyak pula asam risinoleat yang terbentuk. Oleh karena itu, untuk mendapatkan kondisi hidrolisis in situ yang optimal perlu dilakukan pengaturan terhadap laju alir udara dan lama inkubasi.

B. TUJUAN

1. Menentukan pengaruh faktor laju alir udara dan lama inkubasi terhadap sifat fisikokimia minyak jarak yang dihasilkan pada proses hidrolisis in situ minyak jarak dalam biji jarak, meliputi bilangan asam, bilangan iod, bilangan penyabunan dan indeks bias.

2. Mengetahui permukaan respon parameter bilangan asam minyak jarak hasil hidrolisis in situ dalam biji jarak dengan menggunakan Metode Permukaan Respon (Response Surface Methodology), dalam rangka produksi asam risinoleat.

C. RUANG LINGKUP

1. Analisis proksimat biji jarak yang meliputi analisis kadar air, kadar protein, kadar abu, kadar lemak, kadar karbohidrat dan kadar serat kasar. 2. Karakterisasi awal minyak jarak hasil ekstraksi biji jarak yang belum

diinkubasi yaitu meliputi bilangan asam, bilangan iod, bilangan penyabunan, dan indeks bias.

3. Karakterisasi sifat fisikokimia minyak jarak hasil hidrolisis in situ minyak jarak dalam biji jarak yang meliputi bilangan asam, bilangan iod, bilangan penyabunan, dan indeks bias.

4. Identifikasi kapang pada biji jarak sebelum dan setelah proses inkubasi. 5. Analisis permukaan respon bilangan asam minyak jarak hasil hidrolisis in

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. BIJI JARAK (Ricinus communis L.)

Tanaman jarak (Ricinus communis L.) merupakan salah satu tanaman yang telah lama dikenal di Indonesia. Tanaman ini termasuk dalam famili

Euphorbiaceae yaitu tanaman tahunan yang hidup di daerah tropik maupun sub tropik dan dapat tumbuh pada ketinggian 0 - 800 m di atas pemukaan laut (Ketaren, 1986). Buah jarak berbentuk agak bulat, berwarna hijau dan memiliki tiga buah lokus (loculi) yang masing-masing lokus mengandung satu biji jarak. Pemanenan dilakukan pada saat buah sudah cukup tua dan durinya mengeras. Hal ini dapat dilihat dari kulit buah yang mulai mengering dan batas antara ruang biji sudah kelihatan bergaris jelas. Bentuk buah jarak dapat dilihatkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Buah jarak (Armstrong, 2004)

Tanaman jarak menghasilkan biji jarak berbentuk oval dengan berat bervariasi antara 0,1 - 1 gram yang terdiri dari 75 persen kernel (daging biji) dan 25 persen kulit. Kira-kira dua per tiga dari berat kernel terdiri dari minyak. Kulit biji jarak berwarna hitam dan ada pula yang berwarna coklat terang tetapi ciri-ciri tersebut dipengaruhi oleh varietas tanaman jarak. Ukuran biji jarak bervariasi dengan panjang 4 - 25 milimeter dan lebar 5 - 16 milimeter (Salunkhe et al., 1992). Komposisi biji jarak disajikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Komposisi biji jarak

Jumlah (%) B Komponen

A

Dengan kulit Tanpa Kulit

Minyak 48,6 45 – 50 64 – 71

Protein 17,9 12 – 16 18 – 26

Karbohidrat 13,0 3 – 7 2

Serat 12,5 23 – 27 -

Abu 2,5 2 2 – 3

Air 5,5 5 - 6 5 – 6

A _{Kirk dan Othmer (1964)} B _{Salunkhe et al. (1992)}

Biji jarak adalah biji dari buah jarak (Ricinus communis LINN) yang telah dikeringkan, dilepaskan dari kulit buahnya dan dibersihkan (SNI 01-1677-1989). Biji jarak digolongkan dalam satu jenis mutu dengan nama

Ricinus Castor Seed. Spesifikasi persyaratan mutu yang harus dipenuhi biji jarak menurut SNI 01-1677-1989 disajikan pada Tabel 2.

Tabel 2. Spesifikasi persyaratan mutu biji jarak

No. Jenis Uji Satuan Persyaratan

1 Biji rusak (b/b) Persen Maks. 2,0

2 Biji jarak pecah (b/b) Persen Maks. 4,0

3 Benda-benda asing (b/b) Persen Maks. 0,5

4 Kadar minyak (b/b) Persen Min. 47,0

5 Kadar air (b/b) Persen Maks. 7,0

6 Bilangan asam - Maks. 3,0

Biji jarak mengandung protein yang cukup tinggi, terdiri dari globulin, protease dan albumin. Kandungan minyak pada biji jarak juga sangat tinggi yaitu sekitar 54 persen, sehingga dari biji jarak ini dapat diekstrak minyak jarak. Sifat fisikokimia minyak jarak berbeda dengan minyak nabati lain. Hal ini disebabkan minyak jarak memiliki bobot jenis, kekentalan (viskositas), bilangan asetil, dan kelarutan dalam alkohol yang nilainya relatif tinggi (Ketaren, 1986). Sifat fisikokimia minyak jarak disajikan pada Tabel 3.

Tabel 3. Sifat fisikokimia minyak jarak

No Sifat - sifat Nilai

1. Bilangan Asam 0,4 – 4,0

2. Bilangan Penyabunan 176 – 181

3. Bilangan Iod (Wijs) 82 – 88

4. Warna (appearance) bening

5. Indeks Bias, 25oC 1,477 – 1,478

Sumber : Kirk dan Othmer (1964)

Minyak jarak memiliki kandungan asam lemak yang sebagian besar terdiri dari asam risinoleat. Kandungan asam lemak esensial dalam minyak jarak sangat rendah sehingga minyak jarak berbeda dengan minyak nabati lainnya. Selain itu, minyak jarak memiliki rasa asam dan bersifat racun sehingga tidak dapat digunakan sebagai minyak makan dan bahan pangan (Ketaren, 1986). Kandungan dan komposisi asam lemak minyak jarak disajikan pada Tabel 4.

Tabel 4. Kandungan asam lemak minyak jarak

Asam Lemak Rumus Molekul Jumlah (%)

Risinoleat CH3(CH2)5CH(OH)CH2CH=CH(CH2)7COOH 87

Oleat CH3(CH)2CH=CHCH(CH2)7COOH 7

Linoleat CH3(CH2)7CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH 3

Palmitat C15H31COOH 2

Stearat C17H35COOH 1

Sumber : Swern (1979)

B. REAKSI HIDROLISIS

Salah satu reaksi yang terjadi pada produk atau bahan pangan berlemak adalah hidrolisis, yaitu proses pembentukan gliserol dan asam lemak bebas melalui pemecahan molekul lemak dan penambahan elemen air (Hartley, 1977). Ditambahkan oleh Winarno (1997), bahwa lemak dan minyak dapat terhidrolisis menjadi gliserol dan asam lemak dengan adanya air. Reaksi ini dapat dipercepat dengan adanya basa, asam, dan enzim.

lipase

lipase

lipase lipase

Proses hidrolisis pada umumnya disebabkan oleh aktifitas enzim dan mikroba. Proses hidrolisis dapat berlangsung bila tersedia sumber nitrogen, garam mineral, dan sejumlah air. Hidrolisis yang terjadi pada minyak atau lemak yang mempunyai asam-asam lemak dengan rantai karbon panjang mengalami proses yang lebih lambat (Djatmiko dan Wijaya, 1984).

Efek air terhadap kinetika reaksi hidrolisis sangat penting karena air dapat menyebabkan proses hidrolisis lemak dan akan mempengaruhi mutu produk yang dihasilkan. Hidrolisis minyak dan lemak merupakan reaksi kesetimbangan yang memungkinkan terjadinya pengubahan arah reaksi dengan cara mengatur kadar air sistem reaksi atau kandungan air (Kurashige et al., 1993).

Pada awalnya, hidrolisis minyak dan lemak pada industri dilakukan pada suhu dan tekanan yang sangat tinggi yaitu sekitar 250oC dan 50 - 55 bar (Loebis, 1989). Penggunaan proses ini, selain membutuhkan energi yang cukup besar dan investasi peralatan yang mahal, juga menghasilkan produk berwarna gelap dan bau yang relatif kurang disukai konsumen (Herawan, 1993). Untuk meminimumkan biaya, energi dan produk yang kurang baik maka dilakukan hidrolisis secara enzimatis (Macrae, 1983).

Reaksi hidrolisis trigliserida terjadi secara bertahap dan merupakan reaksi yang bersifat reversible (bolak-balik) sehingga akan berakhir dalam suatu kesetimbangan (Swern, 1979). Secara sistematik reaksi hidrolisis yang dikatalis oleh enzim lipase disajikan pada Gambar 3.

TAG + H2O DAG + ALB

DAG + H2O MAG + ALB

MAG + H2O Gliserol + ALB

TAG + 3H2O Gliserol + 3ALB

Keterangan : TAG : Triasilgliserol DAG : Diasilgliserol MAG : Monoasilgliserol ALB : Asam Lemak Bebas

Gambar 3. Tahapan hidrolisis trigliserida yang dikatalisis oleh lipase (Brockman, 1984)

Menurut Herawan (1993), kelebihan hidrolisis enzimatis antara lain : (1) Reaksi dilakukan pada suhu rendah, sehingga kualitas produk lebih baik, (2) Menggunakan lipase spesifik, sehingga produk yang diinginkan dapat ditingkatkan dan produk samping dapat dikurangi, (3) Investasi lebih murah, dan (4) Lingkungan kerja aman.

C. ENZIM LIPASE

Enzim adalah protein yang terdiri dari asam amino dalam komposisi dan urutan yang teratur dan tetap. Enzim berfungsi sebagai katalis biologis yang digunakan makhluk hidup untuk melaksanakan berbagai konversi senyawa kimia (Web dan Dixon, 1979). Semua enzim yang telah diamati sampai saat ini adalah protein, dan aktivitas katalitiknya bergantung kepada integritas strukturnya sebagai protein (Lehninger, 1995).

Enzim merupakan protein sehingga sifat enzim sama dengan sifat protein. Suhu yang terlalu tinggi akan menyebabkan denaturasi protein (enzim), sedangkan suhu yang terlalu rendah akan menyebabkan aktivitasnya rendah (Darwis dan Sukara, 1990).

Enzim lipase didefinisikan sebagai enzim yang mengkatalis hidrolisis ikatan ester. Menurut sistem International Union of Biochemistry (IUB), enzim lipase diklasifikasikan sebagai enzim hidrolase dengan nama sistematiknya gliserol ester hidrolase (EC 3.1.1.3) yang menghidrolisis gliserida menjadi asam lemak bebas (ALB), gliserida parsial (monogliserida atau digliserida) dan gliserol (Macrae, 1983).

Reaksi yang dikatalis oleh lipase diperkirakan terjadi melalui pembentukan suatu senyawa antara asil-enzim. Jenis reaksi yang terjadi ditentukan oleh kondisi substrat terutama jumlah air yang terdapat dalam campuran reaksi. Pada kondisi jumlah air yang banyak (aqueous), reaksi diarahkan ke hidrolisis lemak/minyak. Sebaliknya pada jumlah air terbatas yaitu < 1% (mikroaqueous) maka reaksi diarahkan ke reaksi pemindahan atau pertukaran gugus asil membentuk senyawa ester (Macrae, 1983; Iwai dan Tsujisaka, 1984; Hariyadi, 1997).

Media merupakan faktor yang penting bagi pertumbuhan mikroba sekaligus produksi enzim. Komposisi media yang diperlukan adalah yang mengandung unsur karbon, nitrogen, dan mineral (Darwis dan Sukara, 1990). Selain faktor media, produksi enzim lipase juga dipengaruhi oleh kondisi aerasi, agitasi dan keberadaan induser (Macrae, 1983).

Lipase mikroba diproduksi dari fermentasi bakteri, kapang dan khamir, seperti Rhizopus delemar, Aspergillus niger, Geotrichum candidum, Candida rugosa dan Chromobacterium viscocum (Gandhi, 1997). Jumlah lipase mikroba yang diproduksi dalam proses fermentasi dipengaruhi oleh beberapa faktor lingkungan, antara lain suhu kultivasi, pH, komposisi nitrogen, sumber karbon dan lemak, konsentrasi garam anorganik, serta ketersediaan oksigen (Aires-Barros et al., 1994). Produksi lipase dari Rhizopus delemar sangat tergantung pada konsentrasi oksigen pada kultur media (Giuseppin, 1984).

Hasil penelitian pada Yarrowia lipolytica 681 menunjukkan bahwa aktivitas lipase mencapai nilai maksimum setelah 60 jam. Namun, setelah 80 jam aktivitas lipase akan menurun seiring dengan berhentinya pertumbuhan mikroba dan setelah glukosa dalam substrat terkonsumsi serta pH medium menurun (Corzo et al., 1999).

Biji jarak mengandung enzim hidrolase trigliserida dengan jumlah yang sangat besar (Aires-Barros et al., 1994). Lemak nabati yang masih berada dalam jaringan mengandung enzim yang dapat menghidrolisis lemak. Minyak nabati hasil ekstraksi dari biji-bijian yang disimpan dalam jangka panjang dan terhindar dari proses oksidasi, mengandung bilangan asam yang tinggi akibat kombinasi kerja antara enzim lipase dalam jaringan dan enzim yang dihasilkan oleh kontaminasi mikroba (Ketaren, 1986). Hartley (1977) menambahkan bahwa asam lemak bebas dalam minyak sawit dibentuk melalui reaksi autokatalis oleh enzim lipolitik lipase yang berasal dari buah sawit ataupun dari kapang.

Saat ini sedang banyak dikembangkan teknik hidrolisis in situ dalam biji jarak, yaitu teknik hidrolisis minyak jarak tanpa mengisolasi minyak maupun enzim lipase dari biji jarak (Mukherjee dan Hills, 1994).

Menurut Stark et al. (1994), aktivitas maksimum epoksida hidrolase yang ada dalam biji jarak terjadi setelah 4 - 6 hari germinasi dan setelah itu terjadi penurunan yang sangat tajam. Aktivitas enzim yang tertinggi terdapat pada bagian endosperma. Penampang membujur biji jarak disajikan pada Gambar 4.

endosperma testa

kotiledon

hipokotil

radikel karunkel

Gambar 4. Penampang membujur biji jarak (Weiss, 1971)

D. ASAM RISINOLEAT

Asam risinoleat (C17H32OH.COOH) merupakan asam lemak yang

paling dominan dalam minyak jarak. Kandungan asam risinoleat dalam minyak jarak sebesar 87 persen (Swern, 1979). Kandungan asam risinoleat yang tinggi dan paling dominan dalam minyak jarak menyebabkan minyak jarak tergolong dalam minyak yang memiliki jenis asam lemak yang mudah berubah (Guner, 1997). Hal ini dikarenakan asam risinoleat pada minyak jarak mengandung ikatan rangkap dan dua gugus aktif, yaitu gugus hidroksil dan gugus karboksil (Ramamurthi et al., 1998). Keberadaan ikatan rangkap dan dua gugus aktif dalam asam risinoleat disajikan pada Gambar 5.

Gambar 5. Ikatan rangkap dan dua gugus aktif dalam asam risinoleat

C C

C C

C

C …

OH O s.d. 18

12 11 10 9 1

13

H HOH

gugus hidroksil

ikatan rangkap

Berat molekul asam risinoleat sebesar 298,46 dengan nama struktur asam 12-hidroksi-9-oktadekanoat (Kirk dan Othmer, 1964). Asam risinoleat merupakan asam oleat dengan gugus hidroksil pada posisi 12. Keberadaan gugus hidroksil dalam asam risinoleat ini memberikan keunikan pada minyak jarak dalam hal kelarutan dalam alkohol. Sintesis asam risinoleat dalam embrio biji dihasilkan dengan mudah dari asam oleat, bukan asam linoleat (Weiss, 1971). Asam risinoleat tidak dibentuk pada biji yang masih muda. Setelah biji masuk pada hari ke-36 jumlah asam risinoleat mencapai 90 persen dan setelah itu komposisi asam lemak minyak cenderung konstan (Weiss, 1971).

Asam risinoleat dan turunannya dapat digunakan dalam industri

surface-active agents, plasticizer, additif minyak pelumas, serta bahan kimia seperti sebacic acid, methyl n-hexyl ketone, capryl alcohol, 10-undecylenic acid, dan heptaldehid (Kirk dan Othmer, 1964). Asam risinoleat juga berguna dalam bidang kesehatan, diantaranya sebagai pencegah kehamilan (senyawa jelli kontrasepsi). Produk dari asam risinoleat yang berupa natrium risinoleat dan sulforisinoleat dapat digunakan dalam formulasi pasta gigi. Selain itu, sifat dapat membunuh bakteri dari natrium risinoleat menyebabkan asam risinoleat mempunyai peranan yang tinggi sebagai penghilang racun dalam lambung.

Melalui proses sulfonasi, asam risinoleat juga dapat dikonversi menjadi amida dan substitusi amida untuk membentuk produk yang menyerupai turkey oil (SBP Board of Consultants and Engineers, 1983). Kirk dan Othmer (1964) menambahkan bahwa sulfonasi asam risinoleat dapat digunakan sebagai emulsifier, agen pendispersi, surfaktan, serta membantu proses pencelupan dan finishing dalam pembuatan kain pada industri tekstil. Selain itu, esterifikasi asam risinoleat dengan gliserol dan glikol dapat menghasilkan monorisinoleat yang dapat digunakan sebagai bahan emulsifier. Turunan asam risinoleat yang berupa butyl acetyl risinoleat dapat digunakan sebagai bahan dalam pembuatan plastik dan bahan pembuatan pelumas. Sementara itu, kalsium risinoleat dapat digunakan dalam industri plastik sebagai pelumas (SBP Board of Consultants and Engineers, 1983).

Perlakuan panas pada asam risinoleat menyebabkan terbentuknya estolida yang dapat dikonversi menjadi gliserida poliester yang dapat digunakan sebagai pelumas dan bahan yang memberikan fleksibilitas tekstil dan kulit. Dilain pihak, oksidasi asam risinoleat akan menghasilkan asam azelat dan asam suberat yang dapat direaksikan dengan asam dibasat untuk menghasilkan poliamida sebagai serat sintetis. Asam risinoleat juga dapat digunakan sebagai bahan aktif permukaan yang sangat baik dengan mereaksikan kelompok karboksil asam risinoleat dengan kelompok hidroksil pertama maupun kedua dari risinoleat alkohol (Kirk dan Othmer, 1964).

Oksidasi dan pirolisis asam risinoleat dalam kondisi vakum menghasilkan cincin keton jenuh dalam jumlah besar, yang mengandung cyclohepsi dan cyclooktan yang dapat digunakan dalam parfum. Di sisi lain, produk hidrogenasi dari asam risinoleat yang berupa asam 12-hidroksistearat dan ester-esternya dapat digunakan untuk kosmetik, obat salep, lilin sintetik, dan sebagai agen anti jamur (Kirk dan Othmer, 1964).

Keterangan : aliran udara

arus listrik

kabel sensor

III. METODOLOGI PENELITIAN

A. ALAT DAN BAHAN

1. Alat

Peralatan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah inkubator silinder berputar yang dilengkapi dengan termokontrol, kompresor (pemasok udara), filter udara, flowmeter (pengukur laju alir),

timer (pengontrol waktu), termometer, dan pemanas listrik. Skema inkubator secara lengkap disajikan pada Gambar 6. Peralatan utama yang digunakan dalam penelitian diperlihatkan pada Gambar 7. Selain itu juga digunakan hydraulic press untuk memecah biji jarak dan ekstraksi minyak. Alat-alat yang digunakan untuk analisis antara lain cawan aluminium, oven, desikator, labu kjeldahl, cawan porselin, timbangan digital, pemanas destruksi, tanur pengabuan, tabung sampel berpori (dari kertas), kapas,

soxhlet, labu lemak, batu didih, kertas saring whatman no. 41, corong

buchner, erlenmeyer, penangas air, refraktometer abbe, pendingin tegak, gelas piala, buret, corong pemisah, kertas saring, dan pipet.

Gambar 6. Skema inkubator dan komponen penyusunnya

Gambar 7. Inkubator yang digunakan dalam penelitian

2. Bahan

Bahan baku utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah biji tanaman jarak (Ricinus communis LINN). Bahan-bahan yang digunakan untuk analisis sampel adalah H2SO4 pekat, CuSO4, air suling, NaOH 50%,

H2SO4 0.02 N, heksana (atau pelarut lemak lainnya), H2SO4 0,325 N,

NaOH 1,25 N, alkohol netral 95%, fenolphtalein, NaOH 0,1 N, air, kloroform/tetraklorida, pereaksi Wijs, KI 15%, Na2S2O3 0,1 N, larutan

kanji 1%, HCl 0,5 N, dan KOH 0,5 N.

B. METODE PENELITIAN

Penelitian dilakukan dalam empat tahap, yaitu (1) Analisis proksimat biji jarak, (2) Karakterisasi awal minyak jarak, (3) Penentuan pengaruh faktor terhadap sifat fisikokimia minyak jarak hasil hidrolisis in situ dalam biji jarak, (4) Identifikasi kapang dalam biji jarak dan (5) Analisis permukaan respon parameter bilangan asam. Diagram alir tahapan penelitian ini disajikan pada Gambar 8.

Mulai

Analisis Proksimat Biji Jarak

Karakterisasi Awal Minyak Jarak

Penentuan Pengaruh Faktor Terhadap Sifat Fisikokimia Minyak Jarak Hasil Hidrolisis In Situ dalam Biji Jarak

Selesai

Analisis Permukaan Respon Parameter Bilangan Asam Identifikasi Kapang pada Biji Jarak

Gambar 8. Diagram alir tahapan penelitian

1. Analisis Proksimat Biji Jarak

Biji jarak yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari Mataram, Nusa Tenggara Barat. Analisis proksimat biji jarak bertujuan untuk mengetahui komponen-komponen penyusun biji jarak. Analisis ini meliputi analisis kadar air, kadar protein, kadar abu, kadar minyak, kadar karbohidrat dan kadar serat kasar. Prosedur analisis proksimat disajikan pada Lampiran 1.

2. Karakterisasi Awal Minyak Jarak

Karakterisasi awal minyak jarak dilakukan pada minyak hasil ekstraksi dari biji jarak yang belum mendapatkan perlakuan. Karakterisasi terhadap minyak jarak tersebut dilakukan untuk mengetahui sifat fisikokimia minyak jarak sebelum mendapatkan perlakuan. Sifat fisikokimia tersebut meliputi bilangan asam, bilangan iod, bilangan penyabunan dan indeks bias. Prosedur analisis sifat fisikokimia minyak jarak disajikan pada Lampiran 2.

3. Penentuan Pengaruh Faktor terhadap Sifat Fisikokimia Minyak Jarak Hasil Hidrolisis In Situ dalam Biji Jarak

Pengaruh faktor yang digunakan dalam penelitian ini adalah pengaruh laju alir udara (X1) dan lama inkubasi (X2). Laju alir udara (X1) yang

digunakan sebesar 563 – 1102 ml/menit dan lama inkubasi (X2) sebesar

4 - 7 hari. Rentang nilai laju alir udara ditentukan berdasarkan hasil percobaan awal yang dilakukan di laboratorium. Rentang nilai lama inkubasi ditentukan berdasarkan literatur.

Tahap penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh laju alir udara (X1) dan lama inkubasi (X2) terhadap parameter fisikokimia minyak

jarak hasil hidrolisis in situ dalam biji jarak. Proses hidrolisis secara in situ ini menggunakan inkubator tipe silinder berputar berbahan besi. Proses inkubasi biji jarak ini diharapkan dapat menghasilkan minyak jarak yang mempunyai kandungan asam risinoleat yang tinggi dengan parameter tingginya nilai bilangan asam.

Proses hidrolisis in situ dalam biji jarak dimulai dengan melakukan pemecahan biji jarak yang akan diinkubasi dengan menggunakan hydraulic press. Pemecahan biji bertujuan agar oksigen dapat berdifusi ke dalam biji dengan mudah. Pemecahan biji dilakukan dengan memasukkan biji ke dalam

hydraulic press yang diberi tekanan sebesar 10 kg/cm2. Kecukupan pecahnya biji ditandai dengan mulai keluarnya minyak dari dalam biji. Biji jarak yang sudah pecah dimasukkan ke dalam inkubator yang telah ditentukan laju alir udaranya. Suhu dalam inkubator dijaga pada kisaran 29oC – 31oC dengan menggunakan termokontrol. Laju alir udara dijaga agar konstan dan setelah waktu inkubasi tercapai, minyak dalam biji jarak siap untuk diekstrak. Minyak jarak diekstrak secara mekanis dengan menggunakan hydraulic press, kemudian minyak siap untuk dianalisis.

4. Identifikasi Kapang pada Biji Jarak

Pada tahap ini dilakukan pengujian mikrobiologi terhadap kapang yang tumbuh pada biji jarak sebelum dan setelah proses inkubasi. Uji identifikasi kapang dilakukan di laboratorium Balai Penelitian Veteriner, Bogor. Tahapan identifikasi kapang dimulai dengan melakukan pengenceran terhadap sampel biji jarak yang sudah dihaluskan pada tingkat pengenceran 10-1 sampai 10-6. Kemudian suspensi diinokulasikan pada media agar dan diinkubasi pada suhu 25oC dan 37oC. Pengamatan dilakukan pada hari ke-3 dan ke-5 dengan

melihat morfologinya, terutama secara mikroskopik. Sifat-sifat yang digunakan dalam identifikasi kapang meliputi: bentuk hifa septat atau nonseptat, miselium terang atau keruh dan berwarna atau tidak berwarna, memproduksi atau tidak memproduksi spora seksual, jenis spora aseksual (oospora, zigospora, atau askospora), ciri-ciri kepala pembawa spora, penampakan sporangiospora atau konidiospora, penampakan mikroskopik spora aseksual, serta adanya struktur atau spora spesifik.

5. Analisis Permukaan Respon Parameter Bilangan Asam

Pada tahap ini dilakukan analisis terhadap permukaan respon bilangan asam yang dipengaruhi oleh faktor sehingga diperoleh nilai faktor yang menghasilkan nilai bilangan asam yang tinggi. Analisis permukaan respon bilangan asam minyak jarak hasil hidrolisis in situ dalam biji jarak dilakukan

dengan menggunakan Metode Permukaan Respon (Response Surface

Methodology). Prosedur analisis bilangan asam disajikan pada Lampiran 2.

C. RANCANGAN PERCOBAAN 1. Pengaruh Faktor

Rancangan percobaan yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah rancangan faktorial dua taraf (two level factorial) dengan 2 faktor perlakuan, yaitu laju alir udara (X1) dan lama inkubasi (X2). Besarnya nilai

laju alir udara (X1) dan lama inkubasi (X2) disajikan pada Tabel 5.

Tabel 5. Nilai rendah dan tinggi perlakuan

Jenis Perlakuan Nilai Rendah (-) Nilai Tinggi (+)

Laju alir udara [X1] (ml/menit) 563 1102

Lama inkubasi [X2] (hari) 4 7

Analisis sampel dilakukan secara duplo. Parameter respon utama yang digunakan dalam menentukan jumlah asam risinoleat adalah nilai bilangan asam. Model rancangan percobaan untuk mengetahui pengaruh linier dari kedua faktor terhadap respon adalah sebagai berikut :

∑

+

∑

+

=

< = i j i j i ij i i

o

a

x

a

x

x

a

Y

2

Y

= Respon dari masing-masing perlakuan ii

ij i

o

a

a

a

a

,

,

,

= Koefisien parameter i

x

= Pengaruh linier faktor utama

j i

x

x

= Pengaruh linier dua faktor

2. Permukaan Respon Pengaruh Faktor

Analisis permukaan respon dilakukan untuk mengetahui pengaruh dari masing-masing faktor terhadap respon utama yaitu bilangan asam. Analisis ini diselesaikan menggunakan Metode Permukaan Respon (Response Surface Methodology). Matriks rancangan faktorial dari masing-masing faktor reaksi disajikan pada Tabel 6. Untuk mengetahui pengaruh linier dan pengaruh kuadratik dari kedua faktor terhadap respon utama yaitu bilangan asam, model rancangan percobaan yang digunakan adalah sebagai berikut :

∑

+

∑

+

∑

+

=

= < = 2 1 2 1 2 i j i i i ii j i ij i i

o

a

x

a

x

x

a

x

a

Y

Y

= Respon dari masing-masing perlakuan

ii ij i

o

a

a

a

a

,

,

,

= Koefisien parameter i

x

= Pengaruh linier faktor utama

j i

x

x

= Pengaruh linier dua faktor

2 i

x

= Pengaruh kuadratik faktor utama

Tabel 6. Matriks rancangan faktorial dari masing-masing faktor reaksi

Kode Kondisi inkubasi

Run X1 X2 Laju alir udara (X1)

ml/menit

Lama inkubasi (X2)

hari

1 -1 -1 563 4

2 -1 1 563 7

3 1 -1 1102 4

4 1 1 1102 7

5 0 0 813 5,50

6 0 0 813 5,50

7 0 -√2 813 3,38

8 0 √2 813 7,62

9 -√2 0 487,40 5,50

IV.

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. ANALISIS PROKSIMAT BIJI JARAK

Pada tahap ini dilakukan analisis proksimat pada biji jarak yang digunakan sebagai bahan baku utama dalam penelitian ini. Analisis proksimat biji jarak bertujuan untuk mengetahui komponen-komponen penyusun biji jarak. Analisis ini meliputi analisis kadar air, kadar protein, kadar abu, kadar minyak, kadar karbohidrat dan kadar serat kasar. Hasil analisis proksimat biji jarak disajikan pada Tabel 7. Biji jarak yang digunakan dalam penelitian dapat dilihat pada Gambar 9.

Tabel 7. Hasil analisis proksimat biji jarak

Nilai (%) Komposisi

Hasil Penelitian A B

Minyak (%bb) 55,4 48,6 45 – 50

Protein (%bb) 14,4 17,9 12 – 16

Karbohidrat (%bb) 10,0 13,0 3 – 7

Serat (%bb) 9,7 12,5 23 – 27

Abu (%bb) 3,1 2,5 2

Air (%bb) 6,9 5,5 5 - 6

A _{Kirk dan Othmer (1964)} B _{Salunkhe et al. (1992)}

Gambar 9. Biji jarak (Ricinus communis L.)

Hasil analisis proksimat biji jarak dapat dipengaruhi oleh perbedaan spesies biji jarak, kandungan mineral, daerah penanaman buah jarak, atau karena penanganan pasca panen. Pada Tabel 7 terlihat bahwa komponen terbesar dalam biji jarak adalah minyak sebesar 55,4 persen. Hal ini

menunjukkan bahwa biji jarak cukup potensial untuk digunakan sebagai sumber minyak nabati.

Tabel 7 menunjukkan bahwa komponen tertinggi kedua dalam biji jarak setelah minyak adalah protein. Protein yang terkandung dalam biji jarak memiliki persentase yang cukup tinggi yaitu 14,4 persen. Kandungan protein yang cukup tinggi pada biji jarak ini mengindikasikan tingginya enzim dalam biji jarak mengingat struktur enzim hampir sama dengan struktur protein. Semua enzim yang telah diamati sampai saat ini adalah protein, dan aktivitas katalitiknya bergantung kepada integritas strukturnya sebagai protein (Lehninger, 1995). Biji jarak mengandung enzim hidrolase trigliserida yang jumlahnya sangat besar (Aires-Barros et al., 1994). Kandungan enzim lipase yang tinggi dalam biji jarak menyebabkan minyak jarak sangat berpotensi untuk dihidrolisis secara in situ dalam biji jarak. Saat ini sedang banyak dikembangkan teknik hidrolisis minyak jarak tanpa mengisolasi minyak maupun enzim lipase dari biji jarak, yaitu teknik hidrolisis in situ dalam biji jarak (Mukherjee dan Hills, 1994).

Dari hasil analisis diperoleh kadar air biji jarak sebesar 6,9 persen. Nilai kadar air biji jarak perlu diketahui karena kadar air yang terlalu rendah akan menyebabkan pertumbuhan kapang penghasil lipase kurang optimal. Di sisi lain, kadar air yang terlalu tinggi akan menurunkan porositas media untuk difusi oksigen, pertukaran gas serta meningkatkan resiko kontaminasi bakteri lain. Dari hasil uji mikrobiologi dapat diketahui bahwa dalam biji jarak yang belum diinkubasi, teridentifikasi jenis kapang penghasil lipase antara lain

Aspergillus niger. Hasil pengujian mikrobiologi kapang pada biji jarak segar secara lengkap disajikan pada Lampiran 4 yaitu pada sampel B.

Kadar serat kasar biji jarak hasil analisis sebesar 9,7 persen. Serat terdiri dari berbagai polisakarida dengan berat molekul berbeda yang terjalin secara kompleks, sehingga menyulitkan pengklasifikasiannya, baik secara kimia maupun struktural. Nilai kadar serat dipengaruhi oleh tingkat kematangan buah pada waktu dipanen. Semakin tinggi tingkat kematangan buah, maka kadar seratnya akan semakin rendah. Kadar serat biji jarak yang dianalisis cukup rendah, hal ini menunjukkan bahwa biji jarak yang digunakan cukup

matang atau tua. Asam risinoleat tidak dibentuk pada biji yang masih muda. Setelah biji masuk pada hari ke-36 jumlah asam risinoleat mencapai 90 persen

dan setelah itu komposisi asam lemak minyak cenderung konstan (Weiss, 1971).

Kadar karbohidrat biji jarak berdasarkan metode by difference sebesar 10 persen. Kadar abu biji jarak yang digunakan dalam penelitian ini sebesar 3,1 persen. Kadar abu menyatakan banyaknya kandungan bahan-bahan anorganik (unsur mineral) dalam suatu bahan. Dalam proses pembakaran, bahan-bahan organik terbakar tetapi zat anorganiknya tidak, karena itulah disebut abu.

B. KARAKTERISASI AWAL MINYAK JARAK

Karakterisasi awal sifat fisikokimia minyak jarak dilakukan pada minyak biji jarak yang belum mengalami inkubasi. Karakterisasi sifat fisikokimia yang dilakukan pada penelitian ini meliputi pengujian bilangan asam, bilangan iod, bilangan penyabunan, dan indeks bias. Hasil karakterisasi awal sifat fisikokimia minyak jarak disajikan dalam Tabel 8.

Tabel 8. Hasil karakterisasi awal sifat fisikokimia minyak jarak

Sifat Fisiko Kimia Hasil Karakterisasi

Bilangan asam (mg KOH/g minyak) 1,6

Bilangan iod (g I2/g minyak) 84,7

Bilangan penyabunan (mg KOH/g minyak) 155,5

Indeks bias 25oC 1,4747

Berdasarkan Tabel 8 dapat dilihat bahwa nilai bilangan asam minyak jarak pada biji yang belum diinkubasi masih berada pada kisaran nilai bilangan asam minyak jarak menurut Kirk dan Othmer (1964). Bilangan asam digunakan untuk mengukur jumlah asam lemak bebas yang terdapat dalam minyak atau lemak (Ketaren, 1986).Nilai bilangan asam biji jarak di beberapa tempat dipengaruhi oleh faktor iklim (Weiss, 1971). Bilangan asam minyak pada biji jarak yang digunakan dalam penelitian ini tergolong rendah yaitu 1,6 mg KOH/g minyak. Rendahnya bilangan asam minyak jarak pada awal

penelitian dikarenakan asam-asam lemak penyusun minyak jarak masih berikatan dengan gliserol membentuk trigliserida. Asam lemak paling dominan dalam minyak jarak adalah asam risinoleat. Hal ini mengindikasikan bahwa minyak yang tersimpan dalam biji jarak yang merupakan bahan baku penelitian masih bagus.

Dilihat dari nilai bilangan iodnya, minyak jarak tergolong dalam minyak tidak mengering (non drying oil). Jenis minyak yang memiliki nilai bilangan iod kurang dari 100 termasuk dalam jenis minyak tidak mengering. Berdasarkan nilai bilangan iod, minyak dapat dibagi menjadi tiga jenis, yaitu (1) Minyak tidak mengering memiliki bilangan iod kurang dari 100, (2) Minyak setengah mengering memiliki bilangan iod 100 – 130 dan (3) Minyak mengering memiliki bilangan iod lebih dari 130 (Ketaren, 1986).

C. PENGARUH FAKTOR LAJU ALIR UDARA DAN LAMA INKUBASI Kegiatan yang dilakukan dalam tahapan penelitian ini adalah melakukan inkubasi biji jarak dengan kondisi faktor yang sesuai dengan rancangan faktorial. Faktor yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari dua faktor, yaitu laju alir udara (X1) dan lama inkubasi (X2). Biji jarak yang sudah

diinkubasi kemudian dikempa sehingga menghasilkan minyak jarak yang akan dianalisis. Ekstraksi minyak jarak dilakukan dengan cara pengepresan mekanis menggunakan alat hydraulic press pada suhu rendah dan tekanan sebesar 200 kg/cm2. Pengepresan pada suhu rendah dapat mengeluarkan 25 - 35 persen minyak dalam biji. Mutu minyak yang dihasilkan digolongkan dalam mutu No. 1 (Kirk dan Othmer, 1964).

Analisis yang dilakukan pada tahap ini meliputi analisis bilangan asam, bilangan iod, bilangan penyabunan, dan indeks bias. Hasil analisis kemudian dihitung secara statistik sehingga dapat diketahui pengaruh linier dari faktor-faktor yang digunakan dalam penelitian ini.

1. Bilangan Asam

Bilangan asam didefinisikan sebagai jumlah miligram KOH yang dibutuhkan untuk menetralkan asam-asam lemak bebas dari satu gram minyak atau lemak (Ketaren, 1986). Bilangan asam digunakan untuk mengukur jumlah asam lemak bebas yang terdapat dalam minyak atau lemak yang dihitung berdasarkan berat molekul dari asam lemak atau campuran asam lemak. Semakin tinggi nilai bilangan asam suatu minyak, maka semakin banyak pula asam lemak bebas yang terdapat dalam minyak tersebut. Sebaliknya semakin sedikit asam-asam lemak bebas yang terdapat dalam minyak, maka nilai bilangan asam minyak tersebut akan semakin rendah.

Pada proses hidrolisis in situ minyak jarak dalam biji jarak, bilangan asam dapat digunakan sebagai parameter tingkat keberhasilan proses hidrolisis in situ. Indikator utama terjadinya reaksi hidrolisis adalah terbentuknya asam lemak bebas dari pemecahan trigliserida dengan bantuan enzim lipase. Semakin tinggi nilai bilangan asam minyak jarak, semakin banyak pula asam lemak bebas yang dihasilkan dari proses hidrolisis in situ.

Nilai bilangan asam minyak jarak hasil hidrolisis in situ pada penelitian ini berkisar antara 8,0652 hingga 28,9247 mg KOH/g minyak. Nilai bilangan asam terendah yaitu senilai 8,0652 mg KOH/g minyak dihasilkan pada kondisi proses dimana laju alir udara sebesar 563 ml/menit dan lama inkubasi selama 4 hari. Bilangan asam tertinggi sebesar 28,9247 mg KOH/g minyak dihasilkan pada kondisi inkubasi dimana laju alir udara sebesar 813 ml/menit dan lama inkubasi selama 5,5 hari. Data hasil analisis bilangan asam disajikan pada Lampiran 3.

Hasil analisis statistik menunjukkan bahwa faktor laju alir udara (X1) berpengaruh nyata terhadap nilai bilangan asam minyak jarak. Hasil

analisis statistik bilangan asam minyak jarak hasil hidrolisis in situ dalam biji jarak disajikan pada Lampiran 5. Koefisien parameter dan nilai signifikansi analisis bilangan asam minyak jarak hasil hidrolisis in situ

Tabel 9. Koefisien parameter dan nilai signifikansi bilangan asam Parameter Koefisien Parameter Signifikansi

Intersep -103,90406 0,9274

Laju alir udara (X1) 0,28569 0,9431

Lama inkubasi (X2) -0,60442 0,5720

Interaksi X1 dan X2 0,00425 0,8042

r2 0,9839

Berdasarkan Tabel 9 dapat dilihat bahwa pada selang kepercayaan 94,31 persen, laju alir udara (X1) berpengaruh signifikan terhadap

peningkatan bilangan asam minyak jarak hasil hidrolisis in situ dalam biji jarak. Semakin besar laju alir udara yang diberikan akan mengakibatkan bilangan asam semakin meningkat. Peningkatan bilangan asam minyak jarak menunjukkan peningkatan kandungan asam lemak bebas dalam minyak, dalam hal ini adalah asam risinoleat. Asam lemak bebas ini disamping berasal dari aktivitas hidrolisis lipase biji jarak, kemungkinan juga berasal dari aktivitas lipase kapang yang tumbuh pada biji jarak selama proses inkubasi. Menurut Hartley (1977), asam lemak bebas dalam minyak sawit dibentuk melalui reaksi autokatalis oleh enzim lipolitik lipase yang berasal dari buah sawit ataupun dari kapang. Pertumbuhan kapang pada proses hidrolisis in situ minyak jarak dalam biji jarak mulai terlihat nyata setelah 1 hari inkubasi.

Laju alir udara (X1) yang tinggi menunjukkan tingginya laju difusi

oksigen ke dalam biji jarak. Ketersediaan oksigen merupakan salah satu faktor lingkungan yang menentukan pembentukan enzim lipase mikrobial. Giuseppin (1984) menyatakan bahwa produksi lipase dari Rhizopus delemar tergantung pada konsentrasi oksigen pada kultur media. Peningkatan konsentrasi oksigen akan meningkatkan konsentrasi lipase pula. Semakin tinggi laju difusi oksigen dalam inkubator akan mempermudah pertumbuhan mikroba lipolitik sehingga dihasilkan lipase yang lebih banyak. Jenis-jenis kapang penghasil lipase yang tumbuh pada biji jarak selama proses inkubasi antara lain Aspergillus niger dan

Rhizopus sp. Hasil pengujian mikrobiologi kapang pada biji jarak yang telah diinkubasi disajikan pada Lampiran 4 yaitu pada sampel A. Menurut Gandhi (1997), lipase mikroba diproduksi dari fermentasi bakteri, kapang dan khamir yang berbeda, seperti Rhizopus delemar, Aspergillus Niger,

Geotrichum candidum, Candida rugosa dan Chromobacterium viscocum. Lipase mikroba merupakan enzim ekstraseluler yang dihasilkan oleh mikroba lipolitik yang bertindak sebagai katalisator terhadap proses hidrolisis minyak dan lemak. Dengan demikian keberadaan lipase mikroba akan semakin meningkatkan bilangan asam minyak hasil hidrolisis in situ

dalam biji jarak akibat proses hidrolisis yang dikatalisisnya.

Biji jarak berbeda dengan biji-biji yang lain, meskipun dalam keadaan dorman, biji jarak masih mengandung enzim lipase aktif (Mukherjee dan Hills, 1994). Tingginya kandungan lipase dalam biji jarak akan semakin mempercepat terjadinya proses hidrolisis in situ dalam biji jarak karena enzim lipase merupakan biokatalis dalam reaksi hidrolisis dalam biji jarak. Menurut Kirk dan Othmer (1964), biji jarak mengandung enzim lipase yang dapat mengkatalisis hidrolisis minyak dalam air.

Dalam proses inkubasi ini dilakukan penambahan air ke dalam inkubator melalui aerasi yang dipaksakan dengan udara lembab. Hal ini dilakukan karena laju alir udara yang membawa udara lembab akan mempercepat terjadinya reaksi hidrolisis dalam biji jarak. Minyak dapat terhidrolisis menjadi gliserol dan asam lemak dengan adanya air (Winarno, 1997). Semakin tinggi laju alir udara yang masuk inkubator, semakin banyak pula udara lembab yang dibawa. Hal ini akan menunjang berjalannya proses hidrolisis in situ minyak jarak dalam biji jarak.

Pada selang kepercayaan 90 persen, faktor lama inkubasi (X2) tidak

memberikan pengaruh nyata terhadap peningkatan bilangan asam. Hal ini disebabkan lipase yang merupakan biokatalis dalam proses hidrolisis hanya beraktivitas secara maksimum dalam rentang waktu tertentu saja. Menurut Stark et al. (1998), aktivitas enzim epoksida hidrolase yang terdapat dalam biji jarak akan mencapai titik maksimum setelah melewati 4 – 6 hari inkubasi.

Interaksi antara faktor laju alir udara (X1) dan lama inkubasi (X2)

masih berpengaruh terhadap nilai bilangan asam pada tingkat signifikansi 80,42 persen. Hubungan antara laju alir udara dan lama inkubasi terhadap bilangan asam disajikan pada Gambar 10.

X1-X1+

X1-X1+

0 5 10 15 20 25 30

X2- X2+

Lama inkubasi

B

ilan

gan

A

s

am

Gambar 10. Pengaruh interaksi laju alir udara (X1) dan lama

inkubasi (X2) terhadap bilangan asam.

Gambar 10 menunjukkan bahwa penambahan lama inkubasi pada laju alir udara tinggi maupun rendah akan meningkatkan nilai bilangan asam. Namun peningkatan nilai bilangan asam pada laju alir udara tinggi lebih cepat dibandingkan peningkatan bilangan asam pada laju alir udara rendah. Hal ini disebabkan pada laju alir udara tinggi, difusi oksigen akan semakin banyak sehingga mikroorganisme penghasil lipase akan tumbuh dengan optimal.

2. Bilangan Iod

Bilangan iod merupakan parameter yang menyatakan derajat ketidakjenuhan atau adanya kandungan ikatan rangkap pada minyak atau lemak (AOAC, 1995). Tingkat ketidakjenuhan minyak ditunjukkan melalui pengikatan senyawa iod oleh ikatan rangkap (tidak jenuh) pada minyak. Asam lemak yang tidak jenuh mampu menyerap sejumlah iod membentuk senyawa yang jenuh. Besarnya iod yang diserap menunjukkan jumlah ikatan rangkap atau ikatan tidak jenuh dalam minyak. Bilangan iod

dinyatakan dalam gram iod yang diikat oleh 100 gram minyak atau lemak (Ketaren, 1986).

Bilangan iod minyak jarak pada penelitian ini berkisar antara 74,8970 hingga 88,6779 g I2/g minyak. Nilai bilangan iod terendah yaitu

74,8970 g I2/g minyak dihasilkan pada kondisi proses dimana laju alir

udara sebesar 1102 ml/menit dan lama inkubasi selama 4 hari. Bilangan iod tertinggi sebesar 88,6779 g I2/g minyak dihasilkan pada kondisi

inkubasi dimana laju alir udara sebesar 813 ml/menit dan lama inkubasi selama 5,5 hari. Data hasil analisis bilangan iod disajikan pada Lampiran 3.

Hasil analisis statistik menunjukkan bahwa baik laju alir udara (X1)

maupun lama inkubasi (X2) tidak berpengaruh nyata terhadap nilai

bilangan iod minyak jarak. Koefisien parameter dan nilai signifikansi analisis bilangan iod minyak jarak hasil hidrolisis in situ minyak jarak dalam biji jarak disajikan pada Tabel 10.

Tabel 10. Koefisien parameter dan nilai signifikansi bilangan iod Parameter Koefisien Parameter Signifikansi Intersep

29,67182 0,6399

Laju alir udara (X1)

0,11510 0,7247

Lama inkubasi (X2)

-0,27094 0,5126

Interaksi X1 dan X2

0,00302 0,6168

r2 0.7010

Berdasarkan Tabel 10 dapat dilihat bahwa pada tingkat signifikansi 80 persen, laju alir udara (X1) dan lama inkubasi (X2) tidak memberikan

pengaruh nyata terhadap nilai bilangan iod minyak jarak hasil hidrolisis in situ dalam biji jarak. Hal ini menunjukkan bahwa tidak terjadi perubahan jumlah ikatan rangkap (tidak jenuh) pada minyak jarak selama proses hidrolisis. Dengan kata lain dapat disimpulkan bahwa pada proses inkubasi biji jarak ini hanya terjadi reaksi hidrolisis. Reaksi-reaksi lain yang menyebabkan perubahan jumlah ikatan rangkap seperti polimerisasi

Lampiran 3. Data analisis minyak jarak hasil hidrolisis in situ dalam biji jarak

a. Data pengaruh linear faktor terhadap parameter bilangan asam, bilangan iod, bilangan penyabunan, dan indeks bias Kode

Run Laju Alir Udara Masuk (X1)

ml/menit

Lama Inkubasi (X2)

hari X1 X2

Bilangan Asam

Bilangan Iod

Bilangan Penyabunan

Indeks Bias

1 563 4 -1 -1 8,0652 75,6974 159,2723 1,4741

2 563 7 -1 1 13,4319 79,9851 159,3137 1,4751

3 1102 4 1 -1 12,5768 74,8970 159,4949 1,4746

4 1102 7 1 1 24,8174 84,0678 159,9789 1,4756

5 813 5,5 0 0 25,4895 79,6937 159,5347 1,4726

6 813 5,5 0 0 28,9247 88,6779 159,5661 1,4743

b. Data permukaan respon parameter bilangan asam

Kode Run Laju Alir Udara Masuk (X1)

ml/menit

Lama Inkubasi (X2)

hari X1 X2

Bilangan Asam

1 563 4 -1 -1 8,0652

2 563 7 -1 1 13,4319

3 1102 4 1 -1 12,5768

4 1102 7 1 1 24,8174

5 813 5,5 0 0 25,4895

6 813 5,5 0 0 28,9247

7 813 3,38 0 -√2 11,7380

8 813 7,62 0 √2 27,8478

9 487,4 5,5 -√2 0 28,6313

Lampiran 5a. Hasil analisis keragaman bilangan asam terhadap pengaruh laju alir udara dan lama inkubasi.

Faktor dk JK KT F-Ratio Prob > F

Beda Nyata Pada Tingkat Kepercayaan X1 (laju alir udara) 3 282,8016 94,2672 15,9770 0,1814 0,8186

X2 (lama inkubasi) 2 89,3169 44,6584 7,5690 0,2489 0,7511

Lampiran 5b. Koefisien parameter, standar deviasi dan nilai α pada analisis bilangan asam

Parameter dk Koefisien

parameter

Standar deviasi

T pada H0: Parameter=0

Prob > │T│ ( α )

Intersep 1 -103,90406 24,1350840 -4,3050 0,1453

X1 1 0,28569 0,0516320 5,5330 0,1138

X2 1 -0,60442 2,6289510 -0,2300 0,8561

Interaksi X1 dan X1 1 -0,00018 0,0000291 -6,0660 0,1040

Interaksi X2 dan X1 1 0,00425 0,0030040 1,4150 0,3917

Interaksi X2 dan X2 0 0 . . .

Lampiran 6a. Hasil analisis keragaman bilangan iod terhadap pengaruh laju alir udara dan lama inkubasi

Faktor dk JK KT

F-Ratio Prob > F

Beda Nyata Pada Tingkat Kepercayaan

X1 (laju alir udara) 3 49,3403 16,4468 0,4080 0,7848 0,2152

X2 (lama inkubasi) 2 51,2440 25,6520 0,6350 0,6638 0,3362

Lampiran 6b. Koefisien parameter, standar deviasi dan nilai α pada analisis bilangan iod

Parameter dk Koefisien

parameter

Standar deviasi

T pada H0: Parameter=0

Prob > │T│ ( α )

Intersep 1 29,67182 63,1213380 0,4700 0,7203

X1 1 0,11510 0,1350340 0,8520 0,5506

X2 1 -0,27094 6,8755890 -0,0394 0,9749

Interaksi X1 dan X1 1 -0,00008 0,0000762 -1,0140 0,4956

Interaksi X2 dan X1 1 0,00302 0,0078570 0,3840 0,7664

Lampiran 7a. Hasil analisis keragaman bilangan penyabunan terhadap pengaruh laju alir udara dan lama inkubasi

Faktor dk JK KT F-Ratio Prob > F

Beda Nyata Pada Tingkat Kepercayaan

X1 (laju alir udara) 3 0,247697 0,082566 167,5 0,0567 0,9433

X2 (lama inkubasi) 2 0,117985 0,058992 119,7 0,0645 0,9355

Lampiran 7b. Koefisien parameter, standar deviasi dan nilai α pada analisis bilangan penyabunan

Parameter dk Koefisien

parameter

Standar deviasi

T pada H0: Parameter=0

Prob > │T│ ( α )

Intersep 1 159,158676000 0,220611000 721,4000 0,0009

X1 1 0,000505000 0,000472000 1,0700 0,4784

X2 1 -0,140303000 0,024030000 -5,8390 0,1080

Interaksi X1 dan X1 1 -0,000000713 0,000000266 -2,6760 0,2276

Interaksi X2 dan X1 1 0,000274000 0,000027462 9,9670 0,0637

Interaksi X2 dan X2 0 0 . . .

Lampiran 8a. Hasil analisis keragaman indeks bias terhadap pengaruh laju alir udara dan lama inkubasi

Faktor dk JK KT

F-Ratio Prob > F Beda Nyata Pada Tingkat Kepercayaan X1 (laju alir udara) 3 0,00000286 0,000000954 0,6610 0,6938 0,3062 X2 (lama inkubasi) 2 0,00000100 0,000000500 0,3460 0,7688 0,2312 Lampiran 8b. Koefisien parameter, standar deviasi dan nilai α pada analisis indeks bias

Parameter dk Koefisien

parameter

Standar deviasi

T pada H0: Parameter=0

Prob > │T│ ( α )

Intersep 1 1,4841110 0,0119440 124,3000 0,0051

X1 1 -0,0000309 0,0000256 -1,2100 0,4397

X2 1 0,0003330 0,0013010 0,2560 0,8403

Interaksi X1 dan X1 1 1,9126795 1,4421330 1,3260 0,4133

Interaksi X2 dan X1 1 0 0,0000015 0 1,0000

Lampiran 9a. Hasil analisis keragaman optimasi bilangan asam terhadap pengaruh laju alir udara dan lama inkubasi

Faktor dk JK KT

F-Ratio Prob > F

Beda Nyata Pada Tingkat Kepercayaan

X1 (laju alir udara) 3 192,4433 64,1477 0,678 0,6099 69,51

X2 (lama inkubasi) 3 463,8505 154,6168 1,633 0,3161 84,20

Lampiran 9b. Koefisien parameter, standar deviasi dan nilai α pada analisis optimasi bilangan asam

Parameter dk Koefisien

parameter

Standar deviasi

T pada H0: Parameter=0

Prob > │T│ ( α )

Intersep 1 27,2093 6,8228 3,9880 0,0163

X1 1 4,7439 3,4115 1,3910 0,2367

X2 1 5,0489 3,4115 1,4800 0,2130

Interaksi X1 dan X1 1 1,2627 4,5133 0,2800 0,7935

Interaksi X2 dan X1 1 1,7185 4,8244 0,3560 0,7397

Interaksi X2 dan X2 1 -7,0563 4,5133 -1,5630 0,1930

Lampiran 9c. Hasil pendugaan optimasi terhadap nilai bilangan asam Nilai faktor dengan kode Kode Jarak Hasil Pendugaan Standar

error X1 X2

0.0 27.209250 6.822762 0 0

0.1 28.156311 6.772003 0.111704 0.086712

0.2 29.079919 6.624773 0.241894 0.146542

0.3 30.018703 6.397348 0.379308 0.189991

0.4 30.990694 6.120789 0.519358 0.224090

0.5 32.004530 5.846865 0.660382 0.252617

0.6 33.064709 5.654293 0.801757 0.277614

0.7 34.173771 5.647553 0.943235 0.300250

0.8 35.333247 5.935314 1.084714 0.321231

0.9 36.544118 6.590636 1.226153 0.341011

Lampiran 10. Dokumentasi

a) Biji jarak utuh