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