Penentuan Waktu Reaksi Optimum Gliserolisis Minyak Inti Sawit Menggunakan Enzim Lipase Candida Rugosa Dalam Pelarut Tert-Butanol
Bab 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kelapa sawit merupakan komoditas perkebunan unggulan dan utama Indonesia.
Tanaman yang produk utamanya terdiri dari minyak sawit (Crude Palm Oil) dan
minyak inti sawit (Palm Kernel Oil) ini memiliki nilai ekonomis tinggi dan
menjadikan salah satu penyumbang devisa negara yang terbesar dibandingkan
dengan komoditas perkebunan lainnya. Hingga saat ini kelapa sawit telah
diusahakan dalam bentuk perkebunan dan pabrik pengolahan kelapa sawit hingga
menjadi minyak dan produk turunannya. Minyak sawit dapat dimanfaatkan di
berbagai industry karena memiliki susunan dan kandungan gizi yang cukup
lengkap. Industri yang banyak menggunakan minyak sawit adalah industry
pangan serta industri nonpangan seperti kosmetik dan farmasi. (Fauzi dkk, 2012)
Monoasilgliserol dan Diasilgliserol atau biasa disebut monogliserida dan
digliserida (MG-DG) dibuat dari senyawa gliserida yang banyak terdapat dalam
bahan minyak atau lemak, seperti minyak kelapa sawit dengan gliserol (Anggoro
dan Budi, 2008). Di masa lalu, monogliserida dan digliserida hanya dapat
diproduksi melalui sejumlah proses pada temperatur yang tinggi (220-260oC)
dengan adanya katalis anorganik seperti natrium, kalium, atau kalsium hidroksida
(Sonntag, 1982). Akan tetapi, proses ini memiliki kelemahan karena penggunaan
temperatur yang tinggi sehingga produk yang dihasilkan berwarna gelap dan
terbentuk bau yang tidak diinginkan (McNeill, 1991).
Proses gliserolisis dengan penggunaan biokatalis (enzim lipase) banyak
sekali dilakukan karena dalam prosesnya energi yang diperlukan untuk reaksi
lebih sedikit, lebih ramah lingkungan, dan dapat menghasilkan produk dengan
warna yang lebih terang. Akan tetapi, reaksi enzimatis secara umum berjalan
lambat dan harga enzim yang mahal. (Noureddini, 2004). Hal ini membuat
perlunya enzim dengan kinerja yang lebih baik.
Universitas Sumatera Utara
Sihotang dan Ginting (2006) melakukan penelitian mengenai Pembuatan
Monogliserida Melalui Gliserolisis Minyak Inti Sawit Menggunakan Katalis
Natrium Metoksida dimana hasil monogliserida terbesar diperoleh dengan
perbandingan mol minyak inti sawit dengan gliserol adalah 1:3. Insani (2012)
melakukan Studi esterifikasi antara asam lemak hasil hidrolisis minyak kelapa
sawit dengan sukrosa menggunakan lipase Candida rugosa EC 3.1.1.3
terimobilisasi pada matriks silica gel 60 dimana suhu reaksi optimum oleh enzim
lipase Candida rugosa adalah 37oC. Menurut Ferretti et al (2009), kenaikan
temperature reaksi akan membuat gliserol semakin larut dengan fase minyak dan
aktivitas katalis meningkat, hal ini akan meningkatkan yield MG.
Fregolente et al (2007) melakukan penelitian tentang Monoglycerides and
Diglycerides Synthesis in a Solvent-Free System by Lipase-Catalyzed Glycerolysis
dimana gliserolisis dilakukan selama 24 jam tanpa pelarut. Hal ini membuat
enzim lipase Candida rugosa tidak dapat bekerja optimum dalam mengubah
trigliserida.
Menurut Damstrup et al (2005), pelarut diperlukan untuk
meningkatkan kelarutan substrat sehingga meningkatkan konversi substrat
menjadi produk dan yang paling baik adalah pelarut tert-butanol. Pada penelitian
tersebut gliserolisis dilakukan selama 4 jam dengan perbandingan pelarut tertbutanol dan minyak 5:1 dan 30% enzim (w/w), didapatkan hasil MG sebanyak
57,3 %.
Berdasarkan uraian diatas maka penulis tertarik untuk melakukan
penelitian mengenai waktu reaksi optimum enzim lipase Candida rugosa dalam
gliserolisis minyak inti sawit dalam pelarut tert-butanol karena pelarut tersebut
merupakan alcohol tersier, sehingga dapat meningkatkan kelarutan minyak
dengan gliserol dibandingkan dengan pelarut sederhana seperti n-heksana. Selama
ini tidak ada perbandingan pelarut yang baku dalam gliserolisis, oleh karena itu
diadakan percobaan pendahuluan untuk mendapatkan perbandingan minimal tertbutanol agar minyak bercampur sempurna dengan gliserol yaitu 1:1 (v pelarut/w
minyak). Setelah diketahui perbandingan minimal pelarut, maka perlu dilakukan
penelitian untuk mengetahui waktu konversi terbanyak minyak menjadi
monogliserida dan digliserida dan kadar produk gliserolisis.
Universitas Sumatera Utara
1.2 Perumusan masalah
Berapa lama waktu reaksi gliserolisis oleh enzim lipase Candida rugosa
untuk mengkonversi minyak inti sawit dan gliserol secara optimum dan berapa
kadar monogliserida dan digliserida yang dihasilkan pada waktu reaksi tersebut.
1.3 Pembatasan masalah
Pada penelitian, permasalahan dibatasi pada:
1.
Bahan baku minyak inti sawit diperoleh dari PT. Sinar Mas Agro Resources
and Technology (SMART).
2.
Biokatalis lipase berasal dari Candida rugosa yang bersifat free enzyme
dalam bentuk powder.
3.
Perbandingan gliserol dan minyak inti sawit adalah 3:1.
4.
Pelarut yang digunakan adalah tert-butanol dengan perbandingan pelarut dan
minyak 1:1.
5.
Buffer yang digunakan dalam gliserolisis adalah buffer fosfat dengan pH 7.
6.
Suhu yang digunakan dalam gliserolisis adalah 40oC.
7.
Kecepatan pengadukan yang digunakan adalah 350 rpm.
8.
Waktu reaksi pada gliserolisis adalah 4 hingga 36 jam dengan variasi setiap 4
jam.
9.
Analisa hasil gliserolisis menggunakan Fourier Transform Infrared
Spectroscopy (FT-IR) dan Gas Chromatography (GC).
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut:
1.
Untuk mengetahui waktu reaksi gliserolisis oleh enzim lipase Candida rugosa
untuk mengkonversi minyak inti sawit dan gliserol secara optimum.
2. Untuk mengetahui kadar monogliserida dan digliserida yang dihasilkan enzim
lipase Candida rugosa pada waktu reaksi tersebut.
Universitas Sumatera Utara
1.5 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat menambah informasi mengenai
perbandingan minimal pelarut tert-butanol dengan minyak dalam gliserolisis,
waktu reaksi gliserolisis dimana substrat paling banyak dikonversi menjadi monodan digliserida oleh enzim lipase Candida rugosa, dan persentase hasil mono- dan
digliserida yang dihasilkan oleh enzim lipase Candida rugosa pada waktu reaksi
optimum.
1.6 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Jl. Brigjen
Katamso No. 51 Medan, Laboratorium Biokimia Universitas Sumatera Utara, dan
Laboratorium Terpadu USU Medan Sumatera Utara.
1.7 Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimen laboratorium yang dilakukan dalam beberapa
tahap:
1. Penyediaan minyak inti sawit
Bahan baku dalam penelitian ini adalah minyak inti sawit yang diperoleh dari
PT.SMART.
2. Analisa pendahuluan minyak inti sawit
Analisa kadar air dari minyak inti sawit menggunakan metode gravimetri
Analisa kadar asam lemak bebas dari minyak inti sawit menggunakan
metode titrimetri dimana titran yang digunakan adalah KOH
Universitas Sumatera Utara
3. Gliserolisis minyak inti sawit
Gliserolisis dilakukan dengan penambahan gliserol terhadap minyak inti
sawit lalu ditambahkan tert-butanol dan enzim lipase, diinkubasi dalam
incubator shaker pada suhu 40oC, kecepatan 350 rpm, dan waktu reaksi 4
jam. Setelah waktu reaksi selesai, larutan dimasukkan kedalam corong
pisah, diekstraksi dengan dietil eter, kemudian didiamkan hingga terbentuk
2 lapisan. Diambil lapisan atas karena mengandung gliserolat, lalu
dirotarievaporasi. Dilakukan percobaan yang sama hingga waktu reaksi 36
jam dengan variasi waktu setiap 4 jam.
Gliserolat hasil penguapan dianalisa secara kualitatif menggunakan
spektroskopi FT-IR untuk mengetahui banyak tidaknya monogliserida dan
digliserida berdasarkan nilai absorbansi gugus –OH yang terdapat pada
monogliserida dan digliserida untuk mengetahui waktu reaksi optimum.
Setelah diketahui
nilai absorbansi gugus -OH , gliserolat dianalisa
menggunakan Kromatografi Gas (KG) untuk mengetahui kadar campuran
mono- dan digliserida yang dihasilkan.
Adapun variable-variabel dalam penelitian ini adalah:
1. Variabel bebas yang mempunyai pengaruh terhadap kadar mono- dan
digliserida meliputi:
Waktu reaksi
2. Variabel terikat yang terukur terhadap perubahan perlakuan dalam gliserolisis
meliputi:
Nilai absorbansi gugus –OH dari monogliserida dan digliserida
Kadar monogliserida dan digliserida
Universitas Sumatera Utara
3. Variabel tetap yang tidak dapat menyebabkan perubahan terhadap variable
terikat meliputi:
Perbandingan minyak inti kelapa sawit dengan gliserol 1:3
Suhu inkubasi adalah 40oC
Kecepatan pengadukan yang digunakan adalah 350 rpm
pH larutan untuk gliserolisis adalah pH 7
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kelapa sawit merupakan komoditas perkebunan unggulan dan utama Indonesia.
Tanaman yang produk utamanya terdiri dari minyak sawit (Crude Palm Oil) dan
minyak inti sawit (Palm Kernel Oil) ini memiliki nilai ekonomis tinggi dan
menjadikan salah satu penyumbang devisa negara yang terbesar dibandingkan
dengan komoditas perkebunan lainnya. Hingga saat ini kelapa sawit telah
diusahakan dalam bentuk perkebunan dan pabrik pengolahan kelapa sawit hingga
menjadi minyak dan produk turunannya. Minyak sawit dapat dimanfaatkan di
berbagai industry karena memiliki susunan dan kandungan gizi yang cukup
lengkap. Industri yang banyak menggunakan minyak sawit adalah industry
pangan serta industri nonpangan seperti kosmetik dan farmasi. (Fauzi dkk, 2012)
Monoasilgliserol dan Diasilgliserol atau biasa disebut monogliserida dan
digliserida (MG-DG) dibuat dari senyawa gliserida yang banyak terdapat dalam
bahan minyak atau lemak, seperti minyak kelapa sawit dengan gliserol (Anggoro
dan Budi, 2008). Di masa lalu, monogliserida dan digliserida hanya dapat
diproduksi melalui sejumlah proses pada temperatur yang tinggi (220-260oC)
dengan adanya katalis anorganik seperti natrium, kalium, atau kalsium hidroksida
(Sonntag, 1982). Akan tetapi, proses ini memiliki kelemahan karena penggunaan
temperatur yang tinggi sehingga produk yang dihasilkan berwarna gelap dan
terbentuk bau yang tidak diinginkan (McNeill, 1991).
Proses gliserolisis dengan penggunaan biokatalis (enzim lipase) banyak
sekali dilakukan karena dalam prosesnya energi yang diperlukan untuk reaksi
lebih sedikit, lebih ramah lingkungan, dan dapat menghasilkan produk dengan
warna yang lebih terang. Akan tetapi, reaksi enzimatis secara umum berjalan
lambat dan harga enzim yang mahal. (Noureddini, 2004). Hal ini membuat
perlunya enzim dengan kinerja yang lebih baik.
Universitas Sumatera Utara
Sihotang dan Ginting (2006) melakukan penelitian mengenai Pembuatan
Monogliserida Melalui Gliserolisis Minyak Inti Sawit Menggunakan Katalis
Natrium Metoksida dimana hasil monogliserida terbesar diperoleh dengan
perbandingan mol minyak inti sawit dengan gliserol adalah 1:3. Insani (2012)
melakukan Studi esterifikasi antara asam lemak hasil hidrolisis minyak kelapa
sawit dengan sukrosa menggunakan lipase Candida rugosa EC 3.1.1.3
terimobilisasi pada matriks silica gel 60 dimana suhu reaksi optimum oleh enzim
lipase Candida rugosa adalah 37oC. Menurut Ferretti et al (2009), kenaikan
temperature reaksi akan membuat gliserol semakin larut dengan fase minyak dan
aktivitas katalis meningkat, hal ini akan meningkatkan yield MG.
Fregolente et al (2007) melakukan penelitian tentang Monoglycerides and
Diglycerides Synthesis in a Solvent-Free System by Lipase-Catalyzed Glycerolysis
dimana gliserolisis dilakukan selama 24 jam tanpa pelarut. Hal ini membuat
enzim lipase Candida rugosa tidak dapat bekerja optimum dalam mengubah
trigliserida.
Menurut Damstrup et al (2005), pelarut diperlukan untuk
meningkatkan kelarutan substrat sehingga meningkatkan konversi substrat
menjadi produk dan yang paling baik adalah pelarut tert-butanol. Pada penelitian
tersebut gliserolisis dilakukan selama 4 jam dengan perbandingan pelarut tertbutanol dan minyak 5:1 dan 30% enzim (w/w), didapatkan hasil MG sebanyak
57,3 %.
Berdasarkan uraian diatas maka penulis tertarik untuk melakukan
penelitian mengenai waktu reaksi optimum enzim lipase Candida rugosa dalam
gliserolisis minyak inti sawit dalam pelarut tert-butanol karena pelarut tersebut
merupakan alcohol tersier, sehingga dapat meningkatkan kelarutan minyak
dengan gliserol dibandingkan dengan pelarut sederhana seperti n-heksana. Selama
ini tidak ada perbandingan pelarut yang baku dalam gliserolisis, oleh karena itu
diadakan percobaan pendahuluan untuk mendapatkan perbandingan minimal tertbutanol agar minyak bercampur sempurna dengan gliserol yaitu 1:1 (v pelarut/w
minyak). Setelah diketahui perbandingan minimal pelarut, maka perlu dilakukan
penelitian untuk mengetahui waktu konversi terbanyak minyak menjadi
monogliserida dan digliserida dan kadar produk gliserolisis.
Universitas Sumatera Utara
1.2 Perumusan masalah
Berapa lama waktu reaksi gliserolisis oleh enzim lipase Candida rugosa
untuk mengkonversi minyak inti sawit dan gliserol secara optimum dan berapa
kadar monogliserida dan digliserida yang dihasilkan pada waktu reaksi tersebut.
1.3 Pembatasan masalah
Pada penelitian, permasalahan dibatasi pada:
1.
Bahan baku minyak inti sawit diperoleh dari PT. Sinar Mas Agro Resources
and Technology (SMART).
2.
Biokatalis lipase berasal dari Candida rugosa yang bersifat free enzyme
dalam bentuk powder.
3.
Perbandingan gliserol dan minyak inti sawit adalah 3:1.
4.
Pelarut yang digunakan adalah tert-butanol dengan perbandingan pelarut dan
minyak 1:1.
5.
Buffer yang digunakan dalam gliserolisis adalah buffer fosfat dengan pH 7.
6.
Suhu yang digunakan dalam gliserolisis adalah 40oC.
7.
Kecepatan pengadukan yang digunakan adalah 350 rpm.
8.
Waktu reaksi pada gliserolisis adalah 4 hingga 36 jam dengan variasi setiap 4
jam.
9.
Analisa hasil gliserolisis menggunakan Fourier Transform Infrared
Spectroscopy (FT-IR) dan Gas Chromatography (GC).
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut:
1.
Untuk mengetahui waktu reaksi gliserolisis oleh enzim lipase Candida rugosa
untuk mengkonversi minyak inti sawit dan gliserol secara optimum.
2. Untuk mengetahui kadar monogliserida dan digliserida yang dihasilkan enzim
lipase Candida rugosa pada waktu reaksi tersebut.
Universitas Sumatera Utara
1.5 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat menambah informasi mengenai
perbandingan minimal pelarut tert-butanol dengan minyak dalam gliserolisis,
waktu reaksi gliserolisis dimana substrat paling banyak dikonversi menjadi monodan digliserida oleh enzim lipase Candida rugosa, dan persentase hasil mono- dan
digliserida yang dihasilkan oleh enzim lipase Candida rugosa pada waktu reaksi
optimum.
1.6 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Jl. Brigjen
Katamso No. 51 Medan, Laboratorium Biokimia Universitas Sumatera Utara, dan
Laboratorium Terpadu USU Medan Sumatera Utara.
1.7 Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimen laboratorium yang dilakukan dalam beberapa
tahap:
1. Penyediaan minyak inti sawit
Bahan baku dalam penelitian ini adalah minyak inti sawit yang diperoleh dari
PT.SMART.
2. Analisa pendahuluan minyak inti sawit
Analisa kadar air dari minyak inti sawit menggunakan metode gravimetri
Analisa kadar asam lemak bebas dari minyak inti sawit menggunakan
metode titrimetri dimana titran yang digunakan adalah KOH
Universitas Sumatera Utara
3. Gliserolisis minyak inti sawit
Gliserolisis dilakukan dengan penambahan gliserol terhadap minyak inti
sawit lalu ditambahkan tert-butanol dan enzim lipase, diinkubasi dalam
incubator shaker pada suhu 40oC, kecepatan 350 rpm, dan waktu reaksi 4
jam. Setelah waktu reaksi selesai, larutan dimasukkan kedalam corong
pisah, diekstraksi dengan dietil eter, kemudian didiamkan hingga terbentuk
2 lapisan. Diambil lapisan atas karena mengandung gliserolat, lalu
dirotarievaporasi. Dilakukan percobaan yang sama hingga waktu reaksi 36
jam dengan variasi waktu setiap 4 jam.
Gliserolat hasil penguapan dianalisa secara kualitatif menggunakan
spektroskopi FT-IR untuk mengetahui banyak tidaknya monogliserida dan
digliserida berdasarkan nilai absorbansi gugus –OH yang terdapat pada
monogliserida dan digliserida untuk mengetahui waktu reaksi optimum.
Setelah diketahui
nilai absorbansi gugus -OH , gliserolat dianalisa
menggunakan Kromatografi Gas (KG) untuk mengetahui kadar campuran
mono- dan digliserida yang dihasilkan.
Adapun variable-variabel dalam penelitian ini adalah:
1. Variabel bebas yang mempunyai pengaruh terhadap kadar mono- dan
digliserida meliputi:
Waktu reaksi
2. Variabel terikat yang terukur terhadap perubahan perlakuan dalam gliserolisis
meliputi:
Nilai absorbansi gugus –OH dari monogliserida dan digliserida
Kadar monogliserida dan digliserida
Universitas Sumatera Utara
3. Variabel tetap yang tidak dapat menyebabkan perubahan terhadap variable
terikat meliputi:
Perbandingan minyak inti kelapa sawit dengan gliserol 1:3
Suhu inkubasi adalah 40oC
Kecepatan pengadukan yang digunakan adalah 350 rpm
pH larutan untuk gliserolisis adalah pH 7
Universitas Sumatera Utara