Optimasi Sintesis Biosurfaktan Karbohidrat Ester Dari Asam Palmitat Dan Fruktosa Menggunakan Enzim Lipase Terimobilisasi

BAB I
PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang
Seiring dengan meningkatnya kesadaran akan kesehatan dan lingkungan yang baik,
permintaan surfaktan yang mudah terdegradasi dan berbasis tumbuhan sudah banyak
diminati oleh masyarakat karena surfaktan yang dihasilkan memiliki kelebihan antara
lain bersifat terbarukan (renewable resources), lebih bersih (cleaner) dan lebih murni
dibandingkan bahan baku berbasis petrokimia (Adamopoulos, 2006). Salah satu
surfaktan yang berbasis tumbuhan dan bersifat degradatif di alam adalah surfaktan
karbohidrat ester.
Surfaktan karbohidrat ester biasanya disintesis dari reaksi esterifikasi senyawa gula
atau gula alkohol dengan asam lemak baik secara kimia maupun menggunakan katalis
biologi (Vitisant,dkk.,2012). Asam lemak yang paling banyak digunakan dalam
mensintesis surfaktan ini adalah asam lemak minyak kelapa sawit dimana kandungan
asam lemak minyak kelapa sawit sebagian besar terdiri dari asam palmitat (41,8 – 46,8
%), asam oleat (37,3 – 40,8 %), asam linoleat (9,1-11 %), asam stearat (4,2 – 5,1 %) dan
lainnya (Ribeiro,dkk.,2011).
Surfaktan karbohidrat ester umumnya dapat diproduksi secara kimia dan metode
enzimatik. Sintesis surfaktan karbohidrat ester dengan metode kimia dilakukan pada
suhu tinggi sehingga membutuhkan energi yang tinggi dan menghasilkan pencoklatan

senyawa pada produk. Penggunaan alkali sebagai katalis dalam sintesa karbohidrat ester
secara kimia dapat menimbulkan racun residu yang sulit terdegradasi. Sedangkan
sintesis karbohidrat ester dengan metode enzimatik akan menghasilkan reaksi yang
lebih spesifik, dikarenakan sifat khusus enzim. Selain itu, sintesis enzimatik dilakukan
dalam kondisi yang tidak membutuhkan energi yang tinggi dan jauh menghasilkan
produk yang tidak beracun dibandingkan secara kimia (Hidayat, dkk., 2015).
Kelebihan dari surfaktan ini adalah dapat digunakan pada rentang pH yang luas,
biodegradable, lembut dan bersifat noniritasi, baik untuk kulit dan mata, toksisitas
rendah dan pembusa yang stabil (Dandekar, dkk., 2009).

1
Universitas Sumatera Utara

2

Beberapa hasil penelitian tentang sintesis surfaktan nonionik karbohidrat ester dapat
dipaparkan pada Tabel 1.1. Dari Tabel 1.1 dapat disimpulkan bahwa surfaktan
karbohidrat ester dapat disintesis secara enzimatik. Menurut Kumar (2012) penggunaan
rasio gula dengan asam oleat yaitu 9 : 1 pada sintesis surfaktan karbohidrat ester secara
enzimatik dapat memberikan konversi 93 %. Pada Tabel 1.1 Moreau (2007); Kumar

(2012) dan Hidayat (2015) asam yang digunakan adalah asam oleat sehingga peneliti
ingin mencoba menggunakan asam palmitat sebagai bahan baku untuk sintesis surfaktan
karbohidrat ester.
Atas dasar pemikiran yang telah dipaparkan, maka perlu dilakukan penelitian
sintesis biosurfaktan nonionik karbohidrat ester dari asam palmitat dan fruktosa melalui
reaksi esterifikasi dengan menggunakan biokatalis enzim lipase yang terimobilisasi
untuk mendapatkan informasi penting mengenai pengaruh suhu, jumlah biokatalis dan
waktu reaksi terhadap sintesis surfaktan yang dihasilkan dengan memvariasikannya
menggunakan Metoda Permukaan Sambutan sehingga dengan metode ini diperoleh
variabel proses yang paling signifikan mempengaruhi perolehan konversi surfaktan
yang terbaik.

Universitas Sumatera Utara

Tabel 1.1

Beberapa Penelitian Mengenai Sintesis Surfaktan Karbohidrat Ester

Moreau, Benoit,dkk.,
2007

Dandekar, P P,dkk.,
2009

Kumar, Nikhil,
2012

Vitisant
Tanathorn,dkk.,
2012

Hidayat,
Chusnul,dkk., 2015

Judul

Chromatographic,
Spectrometric and
NMR
Characterization of a

New Set of
Glucuronic Acid
Ester Synthesized by
Lipase

Enzymatic Synthesis
of Fructose Ester
from Mango Kernel
Fat

Synthesis of
Sugar Fatty Acid
Esters using
Lipase
Immobilized in
Supported SolGels

Synthesis of Sugar
Ester by Local
Yeast Lipase in

Solvent Free
System

Enzymatic Synthesis
of Bio-Surfactant
Fructose Oleic Ester
Using Immobilized
Lipase on Modified
Hydrophobic Matrix
in Fluidized Bed
Reactor

Kondisi
Optimum

Rasio molar glukosa
: asam oleat = 1 : 3
menghasilkan yield
58 % dan jumlah
lipase yang

digunakan 7 gr
menghasilkan yield
79,7 %.

Rasio molar substrat
1 : 1, jumlah lipase 4
g/L dan dengan
menggunakan
temperatur 30 oC
selama 3 hari
menghasilkan
konversi 36,52 %.

Rasio molar gula
: asam oleat = 9 :
1 dengan bahan
baku sukrosa
menghasilkan
konversi asam
oleat 93 % dan

kuantitas enzim
sebanyak 15 gr
menghasilkan
konversi
sebanyak 92,1 %.

Rasio molar gula :
asam lemak = 3 : 1,
temperatur 40 oC
dan waktu reaksi
selama 24 jam
menghasilkan yield
94,31 %

Rasio molar frutosa :
asam oleat = 1:4
dengan laju alir 0,4
ml/min selama 48
jam menghasilkan
kapasitas emulsi,

stabilitas emulsi,
droplet size, dan
nilai HLB berrturutturut 92,83 ± 0,46 %,
85,65 ± 0,92 %, 7,86
± 0,93 µm, 11-16
3

Universitas Sumatera Utara

Referensi

4

1.2 Perumusan Masalah
Surfaktan karbohidrat ester merupakan salah satu kelompok surfaktan nonionik
yang ramah lingkungan dan berbasis tumbuhan. Sudah banyak penelitian tentang
surfaktan berbasis tumbuhan dengan berbagai perolehan persen konversi yang
dilakukan namun sedikit yang melakukan pengembangan optimasi. Oleh karena itu,
perlu dikaji pengembangan optimasi pada kondisi optimum yang dihasilkan dalam
upaya meningkatkan persen konversi surfaktan karbohidrat ester berbasis tumbuhan.

1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mendapatkan kondisi optimum dari reaksi sintesis surfaktan karbohidrat ester
serta mendapatkan model persamaan optimasi dari pengaruh variabel penelitian
terhadap respon.
2. Validasi model dengan memeriksa nilai determinasi dan nilai uji P serta
memeriksa kesesuaian nilai konversi model dengan percobaan.
3. Mendapatkan karakteristik surfaktan yang dihasilkan.

1.4 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini antara lain:
1. Memberikan informasi mengenai kondisi optimum reaksi sintesis surfaktan
karbohidrat ester dan model persamaan optimasi.
2. Memberikan informasi mengenai validasi model yang dilakukan terhadap
kondisi operasi yang menghasilkan perolehan persen tertinggi.
3. Memberikan informasi mengenai pengaruh suhu, jumlah biokatalis dan waktu
reaksi terhadap karakteristik surfaktan yang dihasilkan.

1.5 Ruang Lingkup Penelitian

Adapun ruang lingkup dari penelitian ini adalah :
1. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Pengolahan Hasil dan Mutu, Pusat
Penelitian Kelapa Sawit dan Laboratorium Penelitian, Fakultas Farmasi,
Universitas Sumatera Utara, Medan.

Universitas Sumatera Utara

5

2. Bahan baku untuk sintesis surfaktan nonionik karbohidrat ester adalah Asam
Palmitat

(CH3(CH2)6(CH2)2(CH2)6COOH),

Fruktosa

(C6H12O6),

Dimetil

Sulfoksida((CH3)2SO), Novozyme®435.
3. Reaksi sintesis surfaktan nonionik karbohidrat ester dilangsungkan dengan
memvariasikan tiga variabel menggunakan Metoda Permukaan Sambutan
seperti berikut :
-

Suhu

: 41,5 oC – 58,4 oC
(Sabeder, Sasa, dkk., 2005)

-

Jumlah biokatalis

: 6,63 % - 13,36 % dari berat substrat
(Sabeder, Sasa, dkk., 2005)

-

Waktu reaksi

: 7,6 jam – 88,3 jam
(Hidayat, Chusnul, dkk., 2015)

Sedangkan variabel tetapnya adalah :
-

Rasio molar substrat

: 3 : 1 (Fruktosa : Asam Palmitat)
(Vitisant Tanathorn, dkk., 2012)

-

Kecepatan pengadukan : 500 rpm
(Sabeder, Sasa, dkk., 2005)

-

Jumlah pelarut

: 10 ml DMSO
(Duarte, Dolores reyes, dkk., 2005)

Analisis yang dilakukan adalah :
1. Analisis kualitatif dengan menggunakan spektroskopi FT-IR.
2. Analisis kuantitatif dengan menggunakan bilangan asam dan bilangan
penyabunan.
3. Analisis karakteristik karbohidrat ester :


Analisa Tegangan Permukaan (Surface Tension)
Penentuan tegangan permukaan larutan dilakukan dengan menggunakan
Tensiometer du Nuoy.



Analisis nilai HLB (Hidrophylic-Lipophylic Balance)
Penentuan Nilai Hidrophylic-Lipophylic Balance (HLB) ini berguna untuk
mengetahui kegunaan surfaktan yang dihasilkan.

Universitas Sumatera Utara