c Asumsi independensi
Asumsi independensi bertujuan untuk mengetahui apakah antara sesama variabel bebas saling berhubungan atau berkorelasi. Gambar 4.30 digunakan untuk memeriksa
residual dengan order model pada sintesis oleoil-dietanolamida. Dari plot pada Gambar 4.30 terlihat bahwa sebaran data residual versus urutan order cenderung acak dan tidak
berpola, sehingga dapat dikatakan bahwa asumsi independensi dipenuhi.
Gambar 4.30 Plot Residual dengan Order Model pada Sintesis Oleoil-dietanolamida
4.3.3.4. Analisis pengaruh variabel a
Pengaruh konsentrasi enzim dan rasio molar substrat
Kurva yang dihasilkan pada Gambar 4.31 menunjukkan plot respon kontur dan respon permukaan, pada pengamatan pengaruh konsentrasi enzim dan rasio mol
dietanolamina:asam oleat terhadap persen konversi asam oleat. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa konversi asam oleat akan meningkat baik pada level konsentrasi
enzim rendah maupun tinggi, akan tetapi hanya pada rasio mol dietanolamina:asam oleat DEA:AO 1,5:1 sampai 1:1. Manakala pada peningkatan rasio mol DEA:AO
maka akan menurunkan konversi asam oleat hingga 40 jika konsentrasi enzim 8 – 10 b:v AO, dimana nilai konversi ini merupakan nilai minimum. Hasil ini berlawanan
dengan sintesis alkanolamida dari asam laurat dengan dietanolamina, dimana pada konsentrasi Novozym 8-10 konversi asam laurat justru bernilai maksimum.
Observat ion Order R
e s
id u
a l
20 18
16 14
12 10
8 6
4 2
30 20
10
-10 -20
Sumber Amina : Dietanolamina
Sumber Asam lemak : Asam Oleat
Pelarut, Enzim : n-heksan, Novozym 435
Konsentrasi enzim : 6,64; 8; 10; 12; 13,36 bv asam oleat
Rasio mol DEA : AO : 1,3:1 ; 2:1 ; 3:1 ; 4:1 ; 4,7:1
Rasio pelarutamina : 21 vb asam laurat
Temperatur : 41,6
o
C; 45
o
C; 50
o
C; 55
o
C; 58,4
o
C Waktu reaksi
: 24 jam Gambar 4.31 Respon Permukaan dan Kontur dari Plot Konsentrasi Enzim
dan Rasio Mol Dietanolamina:Asam Oleat pada Optimasi Sintesis Oleoil-dietanolamida
Konsent rasi Novozym b v AO R
a s
io m
o l
D E
A :A
O
90 84
78 78
72 66
66 60
54 48
42
13 12
11 10
9 8
7 4.5
4.0 3.5
3.0 2.5
2.0 1.5
Konv e r si
40 60
6
Konse nt r a sii Nov ozy m b v A O
8 10
12
K i
80 100
O
2 4
3
Ra s
2 1
4
sio m ol DEA :A O
Menurut De Zoete, dkk. 1996 hal ini kelihatannya karena reaksi menggunakan substrat asam oleat lebih lambat bila menggunakan lipase dari C.antarctica Novozym
435 dibandingkan lipase jenis lainnya. Fenomena permukaan kontur menunjukkan bahwa nilai maksimum konversi oleoil-dietanolamida dapat diperoleh apabila rasio mol
dietanolamina:AO adalah 1,5:1 – 1:1, dan konsentrasi biokatalis 6-8. Pada kondisi reaksi ini, dapat diperoleh konversi amida mencapai 85,79. Hal ini diikuti dengan
tinjauan bahwa untuk penggunaan rasio mol amina yang lebih besar 3:1 baik pada level konsentrasi biokatalis yang rendah atau tinggi diperoleh penurunan konversi produk.
Sama seperti sintesis lauroil-dietanolamida, sintesis oleoil-dietanolamida juga optimal jika digunakan n-heksan sebagai pelarut. Selain dari tingkat polaritas pelarut
sebagaimana yang didiskusikan sebelumnya, struktur kimia dan alami pelarut juga memegang peranan penting dalam memastikan kemampuan pelarut untuk digunakan
pada reaksi berkatalis enzim. Sintesis dietanolamida cenderung lebih sesuai menggunakan pelarut organik non polar karena jika digunakan pelarut polar seperti
asetonitril dan etil asetat maka pelarut akan mengambil air dari molekul enzim,
sehingga aktivitas dan penyesuaiannya berkurang.
n-Heksan merupakan pelarut non polar, yang tidak menghilangkan air esensial enzim, dan membiarkan molekul enzim dalam penyesuaian aktifnya. Pelarut ini juga
mempunyai struktur rantai lurus yang tidak besar dimana hal ini berbeda dengan ketiga pelarut polar lainnya yang digunakan yaitu tert-butanol, tert-amil alkohol dan
isopropanol yang mempunyai rantai cabang. Ee Lin Soo, dkk. 2003 sebelumnya juga melaporkan bahwa penurunan yield sejalan dengan peningkatan jumlah cabang dari
pelarut.
b Pengaruh konsentrasi enzim dan temperatur
Pengamatan pengaruh konsentrasi enzim dan temperatur terhadap konversi ditunjukkan pada Gambar 4.32. Dari kurva yang dihasilkan terlihat bahwa ekspresi
respon temperatur dan konsentrasi enzim pada nilai center point adalah bernilai minimum. Manakala pada konsentrasi Novozym 435
®
6 dan 13, konversi asam oleat bernilai maksimum pada level temperatur 42,6
C dan 58,4 C.
Selain daripada itu, peningkatan temperatur maupun penurunan temperatur, keduanya akan meningkatkan konversi secara nyata. Lebih lanjut diamati bahwa
peningkatan konsentrasi akan meningkatkan konversi pada penggunaan konsentrasi enzim yang sesuai. Dari kontur pada Gambar 4.32, dapat diketahui bahwa dengan
mendesain kondisi temperatur pada 55°C-60°C serta konsentrasi Novozym pada 12 - 13 dapat menghasilkan perolehan konversi oleoil-dietanolamida yang maksimum.
Sumber Amina : Dietanolamina
Sumber Asam lemak : Asam Oleat
Pelarut, Enzim : n-heksan, Novozym 435
Konsentrasi enzim : 6,64; 8; 10; 12; 13,36 bv asam oleat
Rasio mol DEA : AO : 1,3:1 ; 2:1 ; 3:1 ; 4:1 ; 4,7:1
Rasio pelarutamina : 21 vb asam laurat
Temperatur : 41,6
o
C; 45
o
C; 50
o
C; 55
o
C; 58,4
o
C Waktu reaksi
: 24 jam Gambar 4.32 Respon Permukaan dan Kontur dari Plot Konsentrasi Enzim
dan Temperatur pada Optimasi Sintesis Oleoil-dietanolamida
Konsent rasi Novozym b v AO T
e m
p e
r a
t u
r o
C
70 65
60 60
60
55 55
50
45
70 65
60 60
60
55 55
50
45
13 12
11 10
9 8
7 58
56 54
52 50
48 46
44 42
Konv e r si
50 60
6
Konse nt r a sii Nov ozy m b v A O
8 10
12
K i
70 80
O
2 5
50
T e
45 40
55
e m pe r a t ur oC
Penelitian oleh Ee Lin Soo, dkk. 2003 juga menunjukkan bahwa penggunaan sejumlah besar enzim secara signifikan akan meningkatkan jumlah donor asil yang
membentuk kompleks asil-enzim, sehingga akan meningkatkan konversi asam lemak. Ee Lin Soo, dkk. 2003 juga mengamati bahwa asam oleat merupakan substrat terbaik
diikuti dengan asam palmitat. Hanya saja Ee Lin Soo, dkk. 2003 belum mengamati sintesis surfaktan asam amino jika menggunakan asam laurat.
c Pengaruh temperatur dan rasio mol substrat
Menurut Maugard, dkk. 1998, alkanolamina tidak larut dalam pelarut hidrofobik seperti n-heksan, akan tetapi dengan adanya asam oleat, alkanolamina akan
larut dengan membentuk pasangan ion; kelarutan alkanolamina akan meningkat dengan meningkatnya rasio asam:amina. Jika rasio asam:amina adalah 6 maka 100
alkanolamina akan terlarut. Hanya saja penggunaan asam berlebih akan memicu terbentuknya ester. Untuk itu pada optimasi sintesis oleoil-dietanolamida tidak
digunakan asam oleat berlebih, serta diatur rasio molar substrat yang tepat agar dihasilkan amida yang maksimum dan ester yang minimum. Plot respon permukaan dan
respon kontur yang diperoleh diberikan pada Gambar 4.33. Respon permukaan pada Gambar 4.33 menunjukkan bahwa pada konsentrasi
Novozym 6,64 , perolehan persen konversi oleoil-dietanolamida meningkat seiring dengan meningkatnya temperatur, manakala reaksi dengan perolehan produk terbesar
berada pada kondisi temperatur 55 – 60
o
C yaitu mencapai 85. Selain daripada itu respon kontur juga menunjukkan bahwa untuk mendapatkan perolehan persentase
produk dietanolamida yang maksimum, variabel temperatur dapat didesain 55-60°C dan level rasio mol DEA:AO pada 2:1 sampai 1:1. Pada kondisi tersebut, perolehan konversi
dapat mencapai 85,79. Temperatur reaksi pada plot ini terlihat memberikan pengaruh yang lebih besar daripada rasio mol substrat terhadap pembentukan oleoil-
dietanolamida. Pada kondisi temperatur 60°C, peningkatan rasio mol pada awalnya mampu meningkatkan perolehan dengan cukup besar, tetapi pada akhirnya justru
memberikan penurunan perolehan yang cukup tajam, dimana perolehan minimum 40 diperoleh pada rasio mol DEA:AO maksimum 4,7:1.
Fenomena ini berhubungan dengan adanya hambatan oleh produk pada reaksi enzimatis. Dalam hambatan produk, aktifitas enzim secara langsung dipengaruhi oleh
konsentrasi substrat dan produk didalam lingkungan mikro enzim Mangunwidjaja dan Suryani, 1994. Pada kondisi ini hambatan produk berasal dari telah penuhnya ruang
aktif enzim yang berikatan dengan substrat, sehingga enzim tidak mampu lagi mensintesa substrat.
Sumber Amina : Dietanolamina
Sumber Asam lemak : Asam Oleat
Pelarut, Enzim : n-heksan, Novozym 435
Konsentrasi enzim : 6,64; 8; 10; 12; 13,36 bv asam oleat
Rasio mol DEA : AO : 1,3:1 ; 2:1 ; 3:1 ; 4:1 ; 4,7:1
Rasio pelarutamina : 21 vb asam laurat
Temperatur : 41,6
o
C; 45
o
C; 50
o
C; 55
o
C; 58,4
o
C Waktu reaksi
: 24 jam Gambar 4.33 Respon Permukaan dan Kontur dari Plot Temperatur
dan Rasio Mol Substrat pada Optimasi Sintesis Oleoil-dietanolamida
Rasio mol DEA:AO T
e m
p e
r a
t u
r o
C
80 70
60 60
50
40 80
70
60 60
50
40
4.5 4.0
3.5 3.0
2.5 2.0
1.5 58
56 54
52 50
48 46
44 42
Konversi
40 60
1
Ra
2
asio m ol DE
3 4
EA:AO Konversi
80 100
4 5
50
T
45 40
5 55
Tem peratur oC
Dari pengamatan respon permukaan dan respon kontur untuk pengaruh rasio mol substrat, konsentrasi Novozym dan temperatur terhadap persen konsersi asam oleat
didapati bahwa nilai pusat center point yang digunakan pada sintesis oleoil- dietanolamida justru menghasilkan persen konversi yang minimum manakala pada
sintesis lauroil-dietanolamida bernilai maksimum. Hal ini menunjukkan bahwa variabel dan level untuk desain eksperimen lauroil-dietanolamida tidak dapat langsung
digunakan sebagai variabel dan level untuk desain eksperimen oleoil- dietanolamida. Dengan kata lain, untuk setiap sintesis suatu alkanolamida harus terlebih dahulu
dilakukan penelitian pendahuluan untuk mencari nilai perkiraan optimum untuk setiap variabel.
Dari kedua jenis substrat asam lemak yang digunakan, asam laurat kelihatan lebih efisien jika digunakan sebagai donor asil, walaupun asam oleat juga memberikan
hasil yang cukup baik. Ini disebabkan karena kecenderungan Novozym untuk lebih memilih asam lemak rantai pendek dan sedang, sementara Lipozyme lebih memilih
asam lemak rantai panjang Soledad, dkk. 2000. Maugard, dkk. 1998 melakukan reaksi amidasi metil ester asam lemak dengan
N-metil glukamina secara enzimatik dan memperoleh surfaktan alkanolamida dengan komposisi 80 amida, 15 amida ester dan 5 N-metil-glukamina. Pada komposisi
ini, untuk bahan baku industri, tidak diperlukan pemisahan campuran dan dapat langsung digunakan untuk formulasi kosmetika.
4.3.4 Pembesaran skala menggunakan bioreaktor
