LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN RANCANGAN PERCOBAAN ANALISIS BAHAN BAKU RBDPO

16 BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN

Penelitian dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi Teknik dan Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan. Penelitian ini dilakukan selama lebih kurang 6 bulan. 3.2 BAHAN DAN PERALATAN 3.2.1 Bahan Penelitian Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain: 1. Refined Bleached Deodorized Palm Oil RBDPO 2. Etanol C 2 H 5 OH 3. Novozym® 435 4. Aquadest H 2 O 5. Natrium Hidroksida NaOH 6. Phenolftalein C 20 H 14 O 4 7. Poly Vinil Alcohol Teknis 8. ChCl

3.2.2 Peralatan Penelitian

Pada penelitian ini peralatan yang digunakan antara lain: 1. Erlenmeyer 2. Shaker 3. Heater 4. Corong Pemisah 5. Beaker Glass 6. Gelas Ukur 7. Neraca Digital 8. Batang Pengaduk 9. Termometer 10. Corong Gelas Universitas Sumatera Utara 17 11. Pipet Tetes 12. Statif dan Klem 13. Stopwatch 14. Piknometer 15. Viskosimeter Ostwald 16. Karet Penghisap 17. Buret

3.3 RANCANGAN PERCOBAAN

Penelitian ini dilakukan dengan variabel bebas yaitu rasio mol substrat R 1 , R 2 , temperatur reaksi T 1 , T 2 , waktu reaksi t 1 , t 2 . dan jumlah pelarut V 1 , V 2 , V 3 pada reaksi transesterifikasi dengan menggunakan rancangan percobaan sebagai berikut. Tabel 3.1 Rancangan Percobaan Penelitian Transesterifikasi Run Rasio Mol Substrat Temperatur Reaksi ºC Waktu Reaksi jam Jumlah Pelarut 1 R 1 T 1 t 1 V 1 2 V 2 3 V 3 4 R 2 T 2 t 2 V 1 5 V 2 6 V 3 Universitas Sumatera Utara 18 Tabel 3.2 Rancangan Percobaan Penelitian Pemakaian Ulang Enzim Run E R mol T t jam Jumlah Pelarut 1 E 1 R 1 T 1 t 1 C 1 2 E 1 R 1 T 1 t 1 C 1 3 E 2 R 2 T 2 t 2 C 2 4 E 2 R 2 T 2 t 2 C 2 5 E R T t - 6 E R T t -

3.4 PROSEDUR PENELITIAN

3.4.1 Prosedur Utama

1. Refined Bleached Deodorized Palm Oil RBDPO, etanol dengan rasio mol 1 : 6 terhadap minyak dan jumlah pelarut 0,5 dari berat total RBDPO dan etanol dimasukkan ke dalam erlenmeyer. 2. Novozym ® 435 sebanyak 30 dari berat total RBDPO dimasukkan ke dalam campuran. 3. Campuran dipanaskan dengan heater hingga mencapai suhu reaksi 40 o C, kemudian dihomogenkan campuran menggunakan shaker dengan kecepatan 150 rpm selama waktu tertentu. 4. Heater dimatikan kemudian campuran reaksi dikeluarkan dari erlenmeyer setelah tercapai waktu reaksi kemudian campuran disaring dan enzim disimpan pada suhu 20 o C. 5. Campuran reaksi dimasukkan ke dalam corong pemisah dan dibiarkan hingga terbentuk 2 lapisan. 6. Lapisan bawah yang merupakan campuran gliserol, air, biokatalis, ionic liquid dan etanol dipisahkan dari lapisan atas. 7. Air panas kemudian ditambahkan ke dalam corong pemisah yang berisi lapisan atas dan dikocok untuk mengekstrak pengotor yang masih terdapat dalam lapisan ini, sehingga terbentuk kembali 2 lapisan. Lapisan bawah dibuang dan perlakuan ini diulang beberapa kali hingga air cucian berwarna bening. 8. Lapisan atas yang merupakan etil ester dikeringkan. Keterangan : E 1 = enzim dengan yield terbanyak pada R 1 , T 1 , t 1 dengan pelarut E 2 = enzim dengan yield terbanyak pada R 2 , T 2 , t 2 dengan pelarut E = enzim dengan yield terbanyak pada R, T, t tanpa pelarut Universitas Sumatera Utara 19 9. Etil ester yang telah kering kemudian ditimbang dan dianalisis. 10. Percobaan diulangi untuk beberapa variasi rasio mol substrat, jumlah pelarut dan waktu reaksi.

3.4.2 Sketsa Percobaan

Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Proses Transesterifikasi Minyak Sawit Menggunakan Novozym ® 435 dalam Sistem Pelarut ChCl untuk Menghasilkan Biodiesel Keterangan Gambar : 1. Shaker 2. Heater 3.4.3 Prosedur Analisis 3.4.3.1 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis Analisis aktivitas enzim lipase dengan metode hidrolisis dengan prosedur sebagai berikut [44] : 1. 5 ml RBDPO dan 15 ml aquadest ditambahkan ke dalam erlenmeyer. 2. PVA teknis Poly Vinil Alcohol sebanyak 0,3 gram dimasukkan ke dalam campuran. 3. Novozym ® 435 dimasukkan ke dalam campuran dengan konsentrasi 10 dari berat total RBDPO dan aquadest. 4. Reaksi hidrolisis ini dilangsungkan selama 1 jam 5. Setelah tercapai waktu reaksi, sampel sebanyak 2 ml diambil untuk dititrasi menggunakan NaOH 0,05 M. 1 2 3 4 3. Erlenmeyer 4. Termometer Universitas Sumatera Utara 20 6. Kemudian nilai FFA yang terbentuk dari hasil reaksi hidrolisis dihitung untuk menyatakan aktivitas lipase dengan persamaan : Dimana: T = normalitas larutan NaOH V = volum larutan NaOH terpakai M = berat molekul FFA

3.4.3.2 Analisis Kadar Free Fatty Acid FFA Bahan Baku RBDPO dengan

Metode Tes AOCS Official Method Ca 5a-40 Untuk analisis kadar FFA bahan baku RBDPO sesuai dengan AOCS Official Method Ca 5a-40 dengan prosedur sebagai berikut. 1. Bahan baku RBDPO sebanyak 7,05 ± 0,05 gram dimasukkan ke dalam erlenmeyer. 2. Ditambahkan etanol 95 sebanyak 75 ml. 3. Campuran dikocok kuat dan dilakukan titrasi dengan NaOH 0,25 N dengan indikator fenolftalein 3 - 5 tetes. Titik akhir tercapai jika warna larutan berwarna merah rosa dan warna ini bertahan selama 10 detik. Dimana: T = normalitas larutan NaOH V = volum larutan NaOH terpakai M = berat molekul FFA 3.4.3.3 Analisis Komponen Asam Lemak dalam Trigliserida Bahan Baku RBDPO dan Biodiesel yang Dihasilkan Menggunakan GCMS Komposisi bahan baku RBDPO serta biodiesel yang dihasilkan akan diAnalisis menggunakan instrumen GCMS pada Laboratorium Pusat Penelitian Kelapa Sawit PPKS untuk mengetahui komponen asam lemak dalam trigliserida seperti asam oleat, asam palmitat, dan asam stearat. Universitas Sumatera Utara 21

3.4.3.4 Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan dengan Metode Tes ASTM D445

Viskositas adalah ukuran hambatan cairan untuk mengalir secara gravitasi, untuk aliran gravitasi dibawah tekanan hidrostatis, tekanan cairan sebanding dengan kerapatan cairan. Satuan viskositas dalam cgs adalah cm 2 per detik Stokes. Satuan SI untuk viskositas m 2 per detik 104 St. Lebih sering digunakan centistokes cSt 1cSt =10 -2 St = 1 mm 2 s. Untuk Analisis viskositas menggunakan metode tes ASTM D445 [45]. Untuk pengukuran viskositas ini menggunakan peralatan utama yaitu viskosimeter Ostwald tube tipe kapiler, viscosimeter holder dan bath pemanas pada 37,8 o C. Termometer yang digunakan memiliki ketelitian 0,02 o C dan menggunakan stopwatch dengan ketelitian 0,2 detik.

3.4.3.5 Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan dengan Metode Tes OECD 109

Untuk analisis densitas menggunakan metode tes OECD 109. Untuk pengukuran densitas ini menggunakan peralatan utama yaitu piknometer. Perbedaan berat antara piknometer kosong dan penuh dihitung pada suhu 20 o C. Universitas Sumatera Utara 22 3.5 FLOWCHART PENELITIAN 3.5.1 Sintesis Biodiesel dengan Reaksi Transesterifikasi Gambar 3.2 Flowchart Sintesis Biodiesel dengan Reaksi Transesterifikasi Mulai RBDPO, etanol dan ChCl dimasukkan dengan rasio mol tertentu ke dalam erlenmeyer Campuran dihomogenkan menggunakan shaker dengan kecepatan 150 rpm dengan variasi waktu tertentu Novozym ® 435 dengan jumlah tertentu dari berat total RBDPO dimasukkan ke dalam campuran Campuran dipanaskan dengan heater hingga mencapai suhu reaksi 40 C Heater dimatikan Campuran dikeluarkan dari erlenmeyer disaring, setelah itu dimasukkan ke dalam corong pemisah sehingga enzim dan campuran terpisah Enzim disimpan pada suhu 20 o C Campuran dibiarkan hingga terbentuk 2 lapisan Lapisan atas dibiarkan dalam corong pemisah A Lapisan bawah dikeluarkan dari corong pemisah Universitas Sumatera Utara 23 Gambar 3.2 Flowchart Sintesis Biodiesel dengan Reaksi Transesterifikasi Lapisan atas dicuci dengan air panas dan ionic liquid sehingga terbentuk 3 lapisan A Apakah lapisan bawah berwarna bening? Dikocok Lapisan ketiga dikeluarkan dari corong pemisah Ya Tidak Selesai Lapisan atas etil ester dikeringkan Etil ester yang telah kering ditimbang Etil ester dianalisis Lapisan kedua disimpan pada suhu di bawah 20 o C Universitas Sumatera Utara 24

3.5.2 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis

Gambar 3.3 Flowchart Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis Mulai 5 ml RBDPO dan 15 ml aquadest ditambahkan ke dalam erlenmeyer. PVA teknis sebanyak 0,3 gram dimasukkan ke dalam campuran. Novozym ® 435 dimasukkan ke dalam campuran dengan konsentrasi 10 dari berat total RBDPO dan aquadest Reaksi hidrolisis ini dilangsungkan selama 1 jam Sampel sebanyak 2 ml diambil untuk dititrasi menggunakan NaOH 0,05 M Nilai FFA kemudian dihitung Selesai Universitas Sumatera Utara 25

3.5.3 Analisis Kadar FFA Bahan Baku RBDPO dengan Metode Tes AOCS Official Method Ca 5a-40

Gambar 3.4 Flowchart Analisis Kadar FFA Bahan Baku RBDPO Mulai Bahan baku RBDPO sebanyak 7,05 ± 0,05 gram dimasukkan ke dalam erlenmeyer. Ditambahkan etanol 95 sebanyak 75 ml Campuran dikocok kuat kemudian ditambahkan indikator fenolftalein 3-5 tetes Campuran dititrasi dengan NaOH 0,25 N Apakah larutan berwarna merah rosa? Ya Tidak Kadar FFA dihitung Selesai Universitas Sumatera Utara 26

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

Gambar 3.6 Flowchart Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan Mulai Viskosimeter dikalibrasi dengan air untuk menentukan konstanta viskosimeter Sampel berupa biodiesel dimasukkan sebanyak 5 ml kedalam viskosimeter Sampel dihisap dengan karet penghisap hingga melewati batas atas viskosimeter Waktu alir sampel dicatat dari batas atas hingga batas bawah Selesai Sampel dibiarkan mengalir ke bawah sampai batas bawah viskosimeter Pengukuran dilakukan sebanyak 3 kali Viskositas sampel dihitung Universitas Sumatera Utara 27

3.5.5 Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan dengan Metode Tes OECD 109

Gambar 3.6 Flowchart Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan Mulai Piknometer dikalibrasi dengan air untuk mengetahui volume piknometer Piknometer diisi dengan hasil sintesis biodiesel Massanya ditimbang Densitas sampel percobaan dihitung Selesai Universitas Sumatera Utara 28 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 ANALISIS BAHAN BAKU RBDPO

Pada penelitian ini bahan baku yang digunakan yaitu RBDPO yang merupakan minyak sawit turunan CPO Crude Palm Oil yang diperoleh dari hasil ekstraksi daging buah kelapa sawit dan kemudian dilakukan proses lebih lanjut yaitu netralisasi, dekolorisasi, dan deodorisasi. Berikut adalah perbandingan ALB Asam Lemak Bebas dan kadar air pada CPO dan RBDPO dengan menganalisa kadar FFA dan kadar air pada masing- masing minyak seperti yang terlihat pada gambar 4.1. Gambar 4.1 Analisa Kadar FFA dan Kadar Air terhadap CPO dan RBDPO Gambar 4.1 menunjukkan bahwa RBDPO memiliki kadar FFA yang cukup rendah jika dibandingkan dengan CPO. CPO memiliki kadar FFA sebesar 4,78 dan RBDPO sebesar 1,138 sehingga RBDPO tidak memerlukan pretreatment dalam penggunaannya sebagai bahan baku biodiesel secara enzimatis. Kadar FFA yang cukup tinggi 0,5 tidak menjadi masalah dalam proses produksi biodiesel dengan menggunakan biokatalis enzim karena salah satu keuntungan dari transesterifikasi enzimatik adalah tidak terdapat kemungkinan terbentuknya reaksi saponifikasi. Namun, terdapatnya gum pada CPO menyebabkan biaya produksi bertambah disebabkan karena adanya proses pretreatment untuk Universitas Sumatera Utara 29 menghilangkan gum yang dapat menurunkan kualitas produk biodiesel sehingga penggunaan RBDPO sebagai bahan baku dapat dipertimbangkan. Kadar air pada RBDPO lebih rendah jika dibandingkan dengan CPO yaitu 2 dan CPO 3,78 . Adanya kadar air pada substrat akan membantu enzim dalam mempertahankan aktivitasnya karena kadar air merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi reaksi transesterifikasi enzimatik dimana kadar air tersebut mempunyai efek yang kuat terhadap keadaan konformasi tiga dimensi sisi aktif lipase. Aktivitas lipase tergantung dari antarmuka minyak-air dimana antarmuka tersebut berguna untuk memberikan lingkungan yang sesuai untuk aktivasi enzim berkaitan dengan pembukaan dan penyusunan ulang sisi aktif melalui perubahan konformasi dari molekul lipase [46]. Namun, kadar air yang berlebihan dapat menjadi penyebab denaturasi enzim sehingga RBDPO yang memiliki kadar air yang lebih rendah dapat dipilih sebagai bahan baku produksi biodiesel. Selanjutnya, minyak sawit RBDPO ini dianalisis dengan menggunakan GC Gas Chromatography untuk mengetahui komposisi asam-asam lemak yang terkandung di dalamnya dan untuk menghitung berat molekul RBDPO dalam bentuk trigliserida. Berikut merupakan komposisi asam lemak hasil analisis GC dari RBDPO yang ditunjukkan pada gambar 4.2. Gambar 4.2 Kromatogram Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak RBDPO Universitas Sumatera Utara 30 Dari hasil analisis pada gambar 4.2, maka diperoleh komposisi asam lemak RBDPO yang dapat dilihat pada tabel 4.1. Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari RBDPO No. Puncak Retention Time menit Komponen Penyusun Komposisi bb 1 13,632 Asam Laurat C 12:0 0,1781 2 16,648 Asam Miristat C 14:0 0,9959 3 19,395 Asam Palmitat C 16:0 44,0761 4 19,677 Asam Palmitoleat C 16:1 0,1480 5 21,691 Asam Stearat C 18:0 4,2354 6 22,033 Asam Oleat C 18:1 42,7710 7 22,556 Asam Linoleat C 18:2 6,6405 8 23,313 Asam Linolenat C 18:3 0,0855 9 24,066 Asam Arakidat C 20:0 0,3465 10 24,051 Asam Eikosenoat C 20:1 0,5229 Berdasarkan data komposisi asam lemak dari RBDPO maka dapat ditentukan bahwa berat molekul RBDPO dalam bentuk trigliserida adalah 848,4640 grmol sedangkan berat molekul FFA RBDPO adalah 270,0150 grmol. Selanjutnya, berdasarkan hasil analisis GC, komponen asam lemak yang dominan pada sampel RBDPO adalah pada puncak 3 yaitu asam lemak jenuh berupa asam palmitat sebesar 44,0761 bb dan pada puncak 6 yaitu asam lemak tidak jenuh berupa asam oleat sebesar 42,7710 bb. Komponen trigliserida dapat dihidrolisis oleh lipase, karena lipase bereaksi dengan ikatan ester asam karboksilat untuk menghidrolisis lemak atau minyak. Minyak sawit kasar mengandung trigliserida sebagai penyusun utama, dan sebagian kecil komponen nontrigliserida. Komposisi asam lemak jenuh dan tak jenuh pada RBDPO disajikan pada tabel 4.2 berikut. Tabel 4.2 Komposisi Asam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh pada RBDPO Komposisi Persentasi Asam Lemak Jenuh 49,8320 Asam Lemak Tak Jenuh 50,1680 Pada penelitian ini katalis menggunakan enzim lipase terimobilisasi yang menggunakan support dari resin akrilik Novozym ® 435 [31]. Enzim lipase merupakan jenis enzim hidrolitik yang dapat digunakan dalam berbagai reaksi Universitas Sumatera Utara 31 alkoholisis, aminolisis, dan hidrolisis. Transesterifikasi dengan katalis lipase berlangsung dalam dua tahap yang melibatkan hidrolisis ikatan ester dan esterifikasi dengan substrat kedua [46, 47]. Berdasarkan komposisi asam lemak jenuh dan tidak jenuh dalam RBDPO maka dimungkinkan paling sedikit 49,8320 asam lemak akan terkonversi menjadi ester dengan menggunakan Novozym ® 435. Asam lemak pada RBDPO yang lebih dominan adalah asam lemak tak jenuh yaitu sekitar 50,1680 sehingga penggunaan enzim non-spesifik seperti Novozym ® 435 memungkinkan akan memberikan hasil yang baik karena semua golongan gliserida tri-, di-, dan mono- dan asam lemak bebas dapat diubah menjadi ester.

4.2 PENGARUH IL IONIC LIQUDS ChCl TERHADAP PEROLEHAN YIELD