Proses Transesterifikasi Metode Adsorpsi

dihasilkan. Peningkatan volume ekspor tersebut secara langsung dipengaruhi oleh tingginya konsumsi CPO dunia sebagai salah satu minyak nabati dengan pertumbuhan sebesar 14,21 persen per tahun melampaui volume perdagangan jenis minyak nabati lainnya [23]. Adapun perkembangan ekspor CPO Indonesia tahun 2000-2010 dilihat pada tabel 2.2 berikut: Tabel 2.2 Data Volume dan Nilai Ekspor CPO Indonesia pada Tahun 2001-2013 [24] Tahun Nilai Ekspor US Volume Ekspor kg 2001 476.438.245 1.817.644.367 2002 406.409.025 1.849.142.144 2003 891.998.644 2.804.792.251 2004 1.061.214.890 2.892.130.288 2005 1.444.421.828 3.819.926.626 2006 1.593.295.437 4.565.624.657 2007 1.993.666.661 5.199.286.871 2008 3.738.651.552 5.701.286.129 2009 6.561.330.490 7.904.178.630 2010 5.702.126.189 9.566.746.050 2011 7.649.965.932 9.444.170.400 2012 6.948.103.408 7.252.519.443 2013 4.978.532.881 6.584.732.226 2.2 PROSES SINTESIS BIODIESEL Proses sintesis biodiesel jika ditinjau dari donor gugus asilnya dapat dibedakan menjadi dua proses yaitu:

2.2.1 Proses Transesterifikasi

Transesterifikasi adalah proses yang mereaksikan trigliserida dalam minyak nabati atau lemak hewani dengan alkohol rantai pendek yang menghasilkan metil ester asam lemak Fatty Acid Methyl Esters FAME atau biodiesel dan gliserol gliserin sebagai produk samping. Transesterifikasi merupakan reaksi perubahan dari suatu ester ke tipe ester yang lain. Ester adalah rantai hidrokarbon yang akan terikat dengan molekul yang lain. Molekul minyak nabati terdiri dari tiga ester yang menempel pada satu molekul gliserin. Sekitar 20 dari minyak nabati adalah gliserin. Gliserin pada minyak nabati mempunyai viskositas yang tinggi dan berubah-ubah terhadap temperatur. Pada proses transesterifikasi, gliserin diganti kedudukannya oleh alkohol. Pada dasarnya molekul trigliserida merupakan triester dari gliserol. Mono dan digliserida dapat diperoleh dari trigliserida dengan mensubstitusi dua dan satu asam lemak sebagian dengan gugus 7 Universitas Sumatera Utara hidroksil. Pada saat ini alkohol rantai pendek yang sering digunakan adalah metanol karena harganya murah dan reaktivitasnya tinggi [17]. Adapun skema reaksi transesterifikasi untuk menghasilkan metil ester biodiesel disajikan pada gambar 2.1 : Gambar 2.1 Reaksi Transesterifikasi Trigliserida dengan Metanol [17]

2.2.2 Proses Interesterifikasi

Reaksi interesterifikasi adalah suatu cara untuk mengubah struktur dan komposisi minyak dan lemak melalui penukaran gugus radikal asil di antara trigliserida dan asam alkohol alkoholisis, lemak asidolisis, atau ester transesterifikasi. Interesterifikasi tidak mempengaruhi derajat kejenuhan asam lemak atau menyebabkan terjadinya isomerisasi asam lemak yang memiliki ikatan ganda. Jadi dapat dikatakan bahwa reaksi interesterifikasi tidak akan mengubah sifat dan profil asam lemak yang ada, tetapi mengubah profil lemak dan minyak karena memiliki susunan trigliserida yang berbeda dari trigliserida awalnya [25]. Pada interesterifikasi trigliserida dapat digunakan aseptor asil seperti metil asetat. Reaksi interesterifikasi trigliserida dengan metil asetat ini menghasilkan triasetilgliserol dan asam lemak metil ester, bukan gliserol seperti esterifikasi dan 8 Universitas Sumatera Utara transesterikasi dengan alkohol. Keuntungan triasetilgliserol yang dihasilkan tidak berefek pada aktifitas lipase yang merupakan salah satu kelebihan dengan mekanisme interesterifikasi ini [19]. Adapun skema reaksi interesterifikasi untuk menghasilkan metil ester biodiesel disajikan pada gambar 2.2 : Gambar 2.2 Reaksi Interesterifikasi Trigliserida dengan Metil Asetat [26] Untuk proses interesterifikasi, dapat digunakan metil asetat sebagai donor gugus asil. Metil asetat merupakan sumber alkil yang menggantikan metanol dalam produksi biodiesel, dimana dengan penggantian ini menjadikan reaksi pembentukan biodiesel berupa reaksi interesterifikasi yang menghasilkan biodiesel dan triasilgliserol [27]. Keuntungan metil asetat yang menggantikan metanol sebagai penyuplai gugus metil adalah untuk mampu mencegah deaktivasi dan meningkatkan stabilitas biokatalis selama berlangsungnya proses reaksi . Tabel 2.3 Sifat Fisika dan Sifat Kimia Metil Asetat [28] Sifat Fisika Sifat Kimia Berwujud Cair Tidak bersifat korosif Berat Molekul : 74,08 gmol Stabil pada suhu kamar Titik Didih : 57 C Larut dalam air Titik Leleh : - 98,05 C Reaktif terhadap alkali Spesific Graviti : 0,92 Larut dalam metanol

2.3 ENZIM LIPASE

Enzim adalah suatu protein yang bertindak sebagai katalisator reaksi biologi biokatalisator [29]. Enzim yang strukturnya sempurna dan aktif mengkatalisis, bersama-sama dengan koenzim atau gugus logamnya disebut holoenzim. Secara ringkas struktur sebuah enzim yang aktif dapat dilihat pada bagan di bawah ini: katalis 9 Universitas Sumatera Utara Gambar 2.3 Bagan Struktur Molekul Enzim [30] Substrat berikatan dengan sisi aktif suatu enzim melalui beberapa bentuk ikatan kimia yang lemah misalnya interaksi elektrostatik, ikatan hidrogen, ikatan van der Waals, dan interaksi hidrofobik. Setelah berikatan dengan bagian sisi aktif enzim, substrat bersama-sama enzim kemudian membentuk suatu kompleks enzim-substrat, selanjutnya terjadi proses katalisis oleh enzim untuk membentuk produk. Ketika produk sudah terbentuk enzim menjadi bebas kembali untuk selanjutnya bereaksi kembali dengan substrat [30]. Gambar 2.4 Mekanisme Kerja Enzim [30] Lipase adalah enzim yang mengkatalisis reaksi hidrolisis ester karboksilat pada molekul triasilgliserol untuk membentuk asam lemak bebas, di-dan monogliserida dan gliserol. Selain untuk mengkatalisis reaksi hidrolisis ester karboksilat, lipase juga dapat mengkatalisis reaksi esterifikasi, penghubung alkohol antara gugus hidroksil dan gugus karboksil dari asam karboksilat. Oleh karena itu, mereka dapat mengkatalisis, hidrolisis, alkoholisis, esterifikasi dan transesterifikasi. sehingga mereka memiliki spektrum yang luas dari aplikasi bioteknologi. Lipase juga sangat spesifik sebagai kemo-, regio-katalis dan enantioselektif. Berkat adanya evolusi langsung dan rekayasa protein, ini memungkinkan untuk meningkatkan potensi katalitik lipase dan untuk menyesuaikan mereka pada aplikasi dan kondisi proses tertentu, serta memungkinkan perluasan penggunaan lebih lanjut pada industri [7]. 10 Universitas Sumatera Utara Di antara lipase dari tanaman, hewan dan mikroba, yang paling sering digunakan adalah lipase mikroba. Lipase mikroba memiliki banyak keunggulan dibandingkan lipase dari hewan dan tumbuhan. Penggunaan mikroorganisme memungkinkan untuk mendapatkan enzim lipase dalam jumlah yang banyak dengan sifat yang diinginkan untuk konversi lemak dan minyak alami menjadi biodiesel [7]. Penggunaan lipase sebagai biokatalis memungkinkan untuk sintesis alkil ester secara spesifik, pemurnian gliserol yang mudah dan reaksi transesterifikasi gliserida dengan kandungan free fatty acid FFA yang tinggi [9].

2.4 IMOBILISASI ENZIM

Imobilisasi enzim adalah kurungan enzim untuk fase matriksdukungan berbeda antara substrat dan produk. Enzim terimobilisasi dengan efisiensi fungsional dan reproduktifitas yang ditingkatkan digunakan sebagai alternatif untuk mengurangi biaya yang mahal. Biokatalis terimobilisasi dapat berupa enzim atau seluruh sel.. Polimer inert dan bahan organik biasanya digunakan sebagai pembawa matriks karena keuntungannya yang bisa bertahan lama karena bentuk dan kekuatan fisik yang kuat dibandingkan dengan matrik pembawa lain seperti gel atau yang lainnya. Selain terjangkau, matriks yang ideal harus mencakup karakteristik seperti inertness, kekuatan fisik, stabilitas, regenerability, kemampuan untuk meningkatkan kekhususan dan aktivitas enzim dan mengurangi produk inhibisi, adsorpsi spesifik dan cemaran mikroba. Imobilisasi menghasilkan operasi ekonomi berkelanjutan, otomatisasi, rasio investasikapasitas yang tinggi dan pemulihan produk dengan kemurnian yang jauh lebih besar [31]. Kinerja enzim terimobilisasi dipengaruhi oleh berbagai macam faktor guna untuk menunjang agar selalu aktif untuk mengkatalisis suatu reaksi. Adapun berbagai yang mempengaruhi kinerja enzim terimobilisasi disajikan dalam tabel 2.4 berikut: 11 Universitas Sumatera Utara Tabel 2.4 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kinerja Enzim Terimobilisasi [31] Faktor Efek pada Imobilisasi Partisi Hidrofobik Peningkatan laju reaksi dari substrat hidrofobik Mikro Pembawa Hidrofobik alami mennyetabilkan enzim Kendala Difusi Aktivitas enzim yang menurun dan stabilitas meningkat Struktur alami pembawa seperti ukuran pori Retensi aktivitas tergantung pada ukuran pori Kehadiran substrat dan inhibitor Retensi aktivitas yang cukup tinggi Perlakuan fisik Meningkatkan kinerja enzim Mekanisme kinerja lipase terimobilisasi dan proses inhibisi dapat dijelaskan dengan gambar berikut: Gambar 2.5 Mekanisme Kinerja Lipase Terimobilisasi [32] Pada gambar 2.5 dapat dilihat mekanisme kinerja lipase terimobilisasi. Substrat dalam keadaan bebas masuk ke bagian aktif enzim yang terimobilisasi sehingga terjadi ikatan antara substrat dan enzim untuk menghasilkan produk. Selain itu, pada gambar 2.5 juga menjelaskan inhibitor yang menutupi bagian aktif enzim terimobilisasi sehingga substrat tidak dapat masuk ke bagian aktif enzim. Imobilisasi enzim terbagi menjadi beberapa macam yang dibagi berdasarkan metode imobilisasinya seperti berikut, metode adsorpsi menggunakan pembawa yang tidak larut dalam air seperti derivate polisakarida, polimer sintetik dan kaca. Pada metode cross-linking, digunakan reagen multifungsi seperti glutaraldehid, bisdiobenzidin dan hexametilena diisosianat. Polimer seperti kolagen, selulosa dan k-carrageenan digunakan pada metode entrapment, a Reaction Substrate Enzyme Active site Enzyme binds substrate Enzyme conditions products b Inhibiton Inhibitor Enzyme Active Enzyme binds inhibitor Inhibitor compounds With substrate 12 Universitas Sumatera Utara sedangkan metode kurungan membran mencakup perumusan liposom dan mikrokapsul [31].

2.4.1 Metode Adsorpsi

Adsorpsi fisik seperti pada gambar 2.6 dianggap sebagai metode yang paling sederhana untuk imobilisasi enzim. Fiksasi enzim dilakukan melalui ikatan hidrogen, hubungan garam, dan gaya Van der Waal. Proses ini dilakukan dalam kondisi ringan, tanpa atau dengan dukungan aktivasi minimal dan aplikasi prosedur bersih, dan tidak adanya reagen tambahan. Dengan demikian adsorpsi merupakan metode ekonomis dan memungkinkan untuk menjaga aktivitas dan spesifisitas enzim. Komposisi kimia pembawa, rasio molar hidrofilik terhadap kelompok hidrofobik, serta ukuran partikel dan luas permukaan yang menentukan jumlah enzim terikat dan perilaku enzim setelah imobilisasi [33]. Gambar 2.6 Imobilisasi Enzim dengan Metode Adsorpsi [34] Pada gambar 2.6 dapat dilihat enzim teradsorp pada permukaan partikel pembawa melalui ikatan hidrogen, hubungan garam, dan gaya Van der Waal antara enzim dan partikel pembawa.

2.4.2 Metode Penjeratan dan Pengkapsulan