15
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 Bleach Deodorized Palm Oil RBDPO 2.
Novozyme
®
435 3.
Etanol C
2
H
5
OH 4.
Aquadest H
2
O 5.
Natrium Hidroksida NaOH 6.
Phenolftalein C
20
H
14
O
4
7. Poly Vinil Alcohol Teknis
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 11.
Pipet Tetes
Universitas Sumatera Utara
16 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 N
1
, N
2
, suhu T
1
, T
2,
T
3
dan waktu reaksi t
1
, t
2,
t
3
pada reaksi transesterifikasi dengan menggunakan metode acak lengkap.
Tabel 3.1 Rancangan Percobaan untuk Reaksi Transesterifikasi
Run Rasio Mol Substrat
Suhu Reaksi
o
C Waktu Reaksi jam
1 N
1
T
1
t
1
2 t
2
3 t
3
4 N
2
t
1
5 t
2
6 t
3
7 N
1
T
2
t
1
8 t
2
9 t
3
10 N
2
t
1
11 t
2
12 t
3
13 N
1
t
1
14 t
2
15 T
3
t
3
16 N
2
t
1
17 t
2
18 t
3
Universitas Sumatera Utara
17
3.4 Prosedur Penelitian
3.4.1 Prosedur Utama
1. Refined Bleached Deodorized Palm Oil RBDPO dan etanol dengan
rasio mol 1:6 dan 1:9 terhadap minyak dimasukkan ke dalam Erlenmeyer.
2. Novozyme
®
435 sebanyak 30 dari berat RBDPO dimasukkan ke dalam campuran.
3. Campuran dipanaskan dengan heater hingga mencapai suhu reaksi 40,
45 dan 50
o
C, kemudian dihomogenkan campuran menggunakan shaker dengan kecepatan 150 rpm selama waktu tertentu.
4. Heater dan shaker dimatikan kemudian campuran reaksi dikeluarkan
dari erlenmeyer setelah tercapai waktu reaksi kemudian campuran disaring dan enzim disimpan pada suhu 20
o
C. 5.
Etil ester kemudian ditimbang dan dianalisis. 6.
Percobaan diulangi dengan variasi yang berbeda.
3.4.2 Sketsa Percobaan
Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Proses Transesterifikasi RBDPO Menggunakan Novozyme
®
435 untuk Menghasilkan Biodiesel Sawit
Keterangan Gambar : 1.
Shaker 2.
Heater 1
2 3
4
Universitas Sumatera Utara
18 3.
Erlenmeyer
4.
Termometer
3.4.3 Prosedur Analisis 3.4.3.1 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis
Analisis aktivitas enzim lipase dengan metode hidrolisis diadopsi dari [39] dengan prosedur sebagai berikut:
1. 5 ml Refined Bleached Deodorized Palm Oil RBDPO dan 15 ml aquadest
ditambahkan ke dalam erlenmeyer. 2.
PVA teknis Poly Vinil Alcohol sebanyak 0,3 gram dimasukkan ke dalam campuran.
3. Novozyme
®
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. 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.
Universitas Sumatera Utara
19 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.
3.4.3.4 Analisis Viskositas Biodiesel yang dihasilkan dengan Metode Tes ASTM D 445 [40]
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 D-445. 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 dengan ketelitian 0,02
o
C dan menggunakan stop watch dengan ketelitian 0,2 detik.
Universitas Sumatera Utara
20
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
21
3.5 Flowchart Penelitian 3.5.1 Sintesis Biodiesel dengan Reaksi Transesterifikasi
Gambar 3.2 Flowchart Sintesis Biodiesel dengan Reaksi Transesterifikasi Mulai
Refined Bleached Deodorized Palm Oil RBDPO dan etanol dimasukkan dengan rasio mol tertentu ke dalam erlenmeyer
Campuran dihomogenkan menggunakan shaker dengan kecepatan 150 rpm serta dengan variasi waktu 5, 6 dan 7 jam
Novozyme
®
435 dengan jumlah 30 dari berat total RBDPO dimasukkan ke dalam campuran
Campuran dipanaskan dengan heater hingga mencapai suhu reaksi 40, 45 dan 50
C
Heater dan shaker dimatikan Campuran dikeluarkan dari erlenmeyer lalu disaring sehingga
enzim dan campuran terpisah
Enzim disimpan pada suhu 20
o
C dan etil ester ditimbang dan dianalisa
Selesai
Universitas Sumatera Utara
22
3.5.2 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis
Gambar 3.3 Flowchart Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis Mulai
5 ml Refined Bleached Deodorized Palm Oil RBDPO dan 15 ml aquadest ditambahkan ke dalam erlenmeyer.
PVA teknis Poly Vinil Alcohol sebanyak 0,3 gram dimasukkan ke dalam campuran.
Novozym 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
23
3.5.3 Analisis Kadar Free Fatty Acid FFA Bahan Baku RBDPO dengan
Metode Tes AOCS Official Method Ca 5a-40
Gambar 3.4 Flowchart Analisis Kadar Free Fatty Acid 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
24
3.5.5 Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan dengan Metode Tes
ASTM D 445
Gambar 3.5 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
25
3.5.6 Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan dengan Metode Tes OECD 109
Gambar 3.6 Flowchart Analisis Viskositas 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
26
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 ANALISIS BAHAN
BAKU RBDPO
REFINED BLEACHED DEODORIZED PALM OIL
Pada penelitian ini bahan baku yang digunakan yaitu RBDPO Refined Bleached Deodorized Palm Oil. RBDPO refined bleacjed deodorized palm oil
merupakan minyak yang diperoleh dari pemurnian CPO. CPO akan mengalami tahap pemurnian sebelum dapat dikonsumsi sebagai minyak goreng atau
produk turunan lainnya. Tahapan pemurnian terdiri dari 4 tahapan proses yaitu pemisahan gum, netralisasi, pemucatan, dan deodorisasi menghasilkan
RBDPO Refined Bleached and Deodorized Palm Oil. Adapun hasil fraksinasi minyak RBDPO terdiri dari fraksi olein dan stearin [41]. RBDPO tidak
memerlukan pretreatment dalam penggunaannya sebagai bahan baku biodiesel secara enzimatis karena memiliki kadar FFA yang cukup rendah jika
dibandingkan dengan CPO.
Gambar 4.1 Perbandingan Kadar FFA dan Kadar Air pada CPO dan RBDPO
Dibandingkan dengan CPO yang memiliki kadar FFA sebesar 4,92, RBDPO hanya memiliki kadar FFA sebesar 1,138. CPO memiliki gum yang
Kadar Air
Universitas Sumatera Utara
27 akan mengganggu proses transesterifikasi, sehingga perlu dilakukannya
degumming sebelum CPO digunakan sebagai bahan baku. 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 kead aan konformasi tiga dimensi sisi aktif lipase [42]. Bila dibandingkan dengan CPO yang memiliki kadar air sebesar
3,78 RBDPO yang memiliki kadar air yang lebih rendah yaitu sebesar 2,1. Pada Novozym 435 kadar air yang berlebihan akan menyebabkan penurunan
yield, karena kandungan air yang terlalu tinggi dapat merusak masa hidup enzyme [36].
Selanjutnya, minyak sawit RBDPO ini dianalisis dengan menggunakan GC Gas Chromatography untuk mengetahui komposisi asam-asam lemak yang
terkandung didalamnya 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
28 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 Refined Bleached
Deodorized Palm Oil
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 848,464 grmol sedangkan berat molekul FFA RBDPO adalah 270,015 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 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 49,832
Asam Lemak Tak Jenuh 50,168
Pada penelitian ini katalis menggunakan enzim lipase terimobilisasi yang menggunakan macroporous acrylic resin Novozyme [43]. Enzim lipase
merupakan jenis enzim yang dapat larut dalam air yang dapat mengkatalisis berbagai reaksi seperti hidrolisis, alkoholisis dan transesterifikasi [44].
Universitas Sumatera Utara
29 Berdasarkan komposisi asam lemak jenuh dan tidak jenuh dalam RBDPO
maka dimungkinkan paling sedikit 45,3981 asam lemak akan terkonversi menjadi ester dengan menggunakan Novozyme
®
435. Dan karena asam lemak pada RBDPO yang lebih dominan adalah asam lemak tak jenuh yaitu sekitar 54,
6018 penggunaan enzim yang non spesifik seperti Novozyme
®
435 memungkinkan akan memberikan hasil yang baik.
4.2 PENGARUH RASIO MOLAR TERHADAP