LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN RANCANGAN PERCOBAAN ANALISIS BAHAN BAKU CRUDE PALM OIL CPO

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN

Penelitian dilakukan di Laboratorium Kimia Organik, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan serta Laboratorium Penelitian, Fakultas Farmasi, 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. Degummed Palm Oil DPO 2. Metanol CH 3 OH 3. Lipozyme TL IM 4. Aquadest H 2 O 5. Natrium Hidroksida NaOH 6. Etanol C 2 H 5 OH 7. Phenolftalein C 20 H 14 O 4 8. Poly Vinil Alcohol Teknis

3.2.2 Peralatan Penelitian

Pada penelitian ini peralatan yang digunakan antara lain: 1. Erlenmeyer 2. Shaker 3. Hot Plate 4. Beaker Glass 5. Gelas Ukur 6. Neraca Digital 7. Batang Pengaduk 8. Termometer 9. Corong Gelas Universitas Sumatera Utara 10. Labu Leher Tiga 11. Refluks Kondensor 12. Pipet Tetes 13. Statif dan Klem 14. Stopwatch 15. Piknometer 16. Viskosimeter Ostwald 17. Karet Penghisap 18. Buret 19. Kertas Saring 20. Gabus

3.3 RANCANGAN PERCOBAAN

Penelitian ini dilakukan dengan variabel bebas yaitu jumlah biokatalis dan temperatur pada reaksi transesterifikasi dengan menggunakan metode permukaan respon response surface methodology. Level-level eksperimen pada masing-masing variabel independen dikodekan sedemikian hingga level rendah berhubungan dengan -1 dan level tinggi berhubungan dengan 1 untuk mempermudah perhitungan. Desain Central Composite Design CCD pada eksperimen yang menggunakan dua variabel independen nilai rotatabilitasnya = 2 2 14 = 1,4141 ≈ 1,414. Oleh karena itu nilai ± 1,414 termasuk nilai yang digunakan untuk pengkodean [34]. Adapun level terkode percobaan dapat dilihat pada tabel 3.1 dan 3.2. Tabel 3.1 Perlakuan Terkode untuk Reaksi Transesterifikasi Perlakuan Perlakuan Terkode -1,414 -1 1 1,414 Suhu Reaksi o C 38 40 45 50 52 Jumlah Biokatalis 5,9 10 20 30 34,1 Universitas Sumatera Utara Tabel 3.2 Central Composite Design CCD untuk 2 Variabel No Suhu Reaksi X1 Jumlah Biokatalis X2 1 -1 -1 2 1 -1 3 -1 1 4 1 1 5 -1,414 6 1,414 7 -1,414 8 1,414 9 10 11 12 13 3.4 PROSEDUR PENELITIAN 3.4.1 Prosedur Degumming CPO Proses degumming CPO ini dilakukan dengan mengadopsi prosedur yang dilakukan oleh Satriana dan Muhammad [35], Gumpon dkk [36] dan Alkabbashi dkk [37] yaitu: 1. CPO sebanyak 300 gram dimasukkan ke dalam erlenmeyer dan dipanaskan di hot plate dimana temperatur air dan minyak dijaga konstan pada 60 o C. 2. Gum getah dalam minyak seperti phospholipids dihilangkan dengan penambahan 0,6 bb CPO untuk H 3 PO 4 85. 3. Diaduk homogen pada kecepatan 400 rpm selama 15 menit hingga kandungan CPO itu terlihat semi-transparan, cokelat gelap. 4. Koloid yang terbetuk dipisahkan dengan cara penyaringan. Universitas Sumatera Utara

3.4.2 Prosedur Utama

Adapun prosedur utama pada reaksi transesterifikasi yaitu: 1. Degummed Palm Oil DPO dan metanol dengan rasio mol tertentu dimasukkan ke dalam erlenmeyer. 2. Lipozyme sebanyak jumlah tertentu dari berat total DPO dan metanol dimasukkan ke dalam campuran. 3. Campuran dipanaskan dengan pemanas hingga mencapai suhu reaksi tertentu kemudian dihomogenkan campuran menggunakan shaker dengan kecepatan 200 rpm selama 15 jam. 4. Pemanas dan shaker dimatikan kemudian campuran reaksi dikeluarkan dari erlenmeyer setelah tercapai waktu reaksi kemudian campuran disaring pada erlenmeyer lain dan Lipozyme disimpan pada suhu 20 o C. 5. Campuran yang telah disaring kemudian dimasukkan ke dalam botol penyimpanan untuk dianalisis. 3.4.3 Prosedur Analisis 3.4.3.1 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis Analisa aktivitas enzim lipase dengan metode hidrolisis diadopsi dari Minovska, et al [38] dengan prosedur sebagai berikut: 1. 2 ml Degummed Palm Oil DPO dan 15 ml aquadest ditambahkan ke dalam erlenmeyer. 2. PVA teknis Poly Vinil Alcohol sebanyak 0,3 gram dimasukkan ke dalam campuran. 3. Lipozyme dimasukkan ke dalam campuran dengan konsentrasi 10 dari berat total DPO 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 Universitas Sumatera Utara

3.4.3.2 Analisis Kadar Free Fatty Acid FFA Bahan Baku CPO dengan Metode

Tes AOCS Official Method Ca 5a-40 Untuk Analisis kadar FFA bahan baku CPO sesuai dengan AOCS Official Method Ca 5a-40 dengan prosedur sebagai berikut: 1. Bahan baku CPO sebanyak 7,05 ± 0,05 gram dimasukkan ke dalam erlenmeyer. 2. Ditambahkan etanol 95 sebanyak 75 ml. 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. Kadar FFA= T x V x BM berat sampel x 10 Dimana: T = normalitas larutan NaOH V = volum larutan NaOH terpakai M = berat molekul FFA 3.4.3.3 Analisis Komponen Asam Lemak Dalam Bahan Baku CPO dan Biodiesel yang dihasilkan menggunakan GCMS Komposisi bahan baku CPO 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

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

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 3.5 FLOWCHART PENELITIAN 3.5.1 Flowchart Prosedur Degumming CPO Gambar 3.1 Flowchart Prosedur Degumming pada CPO

3.5.2 Sintesis Biodiesel dengan Reaksi Transesterifikasi

Mulai Degummed Palm Oil DPO dan metanol dimasukkan dengan rasio mol tertentu ke dalam erlenmeyer Lipozyme dengan jumlah tertentu dari berat total DPO dan metanol dimasukkan ke dalam campuran Campuran dipanaskan dengan pemanas hingga mencapai suhu reaksi tertentu A 300 gram CPO dimasukkan ke dalam erlenmeyer lalu ditambah asam fosfat H 3 PO 4 0,6 bb dari berat CPO Dipanaskan di hot plate pada temperatur konstan 60 o C Selesai Mulai Diaduk dan dihomogenkan pada kecepatan 400 rpm selama 15 menit hingga terlihat semi-tansparan atau cokelat gelap lalu disaring Diambil hasil minyak yang telah disaring sebagai bahan baku biodiesel Selesai Universitas Sumatera Utara Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Utama A Campuran dihomogenkan menggunakan shaker dengan kecepatan 200 rpm selama 15 jam Shaker dimatikan Campuran dikeluarkan dari erlenmeyer disaring, setelah itu dimasukkan ke dalam erlenmeyer lain sehingga Lipozyme dan campuran terpisah Biodiesel dimasukkan ke dalam botol penyimpanan Lipozyme disimpan pada suhu 20 o C Dianalisis biodiesel yang dihasilkan Selesai Universitas Sumatera Utara

3.5.3 Flowchart Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis

Gambar 3.3 Flowchart Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis 2 ml Degummed Palm Oil DPO dan 15 ml aquadest ditambahkan ke dalam erlenmeyer. PVA teknis Poly Vinil Alcohol sebanyak 0,3 gram dimasukkan ke dalam campuran Lipozyme dimasukkan ke dalam campuran dengan konsentrasi 10 dari berat total DPO 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 Mulai Universitas Sumatera Utara

3.5.4 Analisis Kadar Free Fatty Acid FFA Bahan Baku CPO dengan Metode

Tes AOCS Official Method Ca 5a-40 Gambar 3.4 Flowchart Analisis Kadar Free Fatty Acid FFA Bahan Baku CPO Selesai Kadar FFA dihitung Apakah larutan berwarna merah rosa? Ya Campuran dititrasi dengan NaOH 0,25 N Campuran dikocok kuat kemudian ditambahkan indikator fenolftalein 3-5 tetes Ditambahkan etanol 95 sebanyak 75 ml Bahan baku CPO sebanyak 7,05 ± 0,05 gram dimasukkan ke dalam erlenmeyer. Mulai Tidak Universitas Sumatera Utara

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 Sampel dibiarkan mengalir ke bawah sampai batas bawah viskosimeter Waktu alir sampel dicatat dari batas atas hingga batas bawah Pengukuran dilakukan sebanyak 3 kali Viskositas sampel dihitung Selesai Universitas Sumatera Utara

3.5.6 Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan dengan Metode Tes OECD 109

Gambar 3.6 Flowchart Analisis Densitas 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 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 ANALISIS BAHAN BAKU CRUDE PALM OIL CPO

Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan bahan baku berupa Crude Palm Oil CPO yang telah di degumming. CPO merupakan minyak sawit kasar yang dihasilkan dari bagian mesocarp buah sawit yang masih mengandung fraksi non trigliserida baik yang larut dalam minyak seperti fosfat, maupun yang tidak larut dalam minyak seperti suspensi koloid [19]. Degumming adalah proses pemisahan gum, yaitu proses pemisahan getah atau lendir yang terdiri dari fosfolipid, protein, residu, karbohidrat, air dan resin. Beberapa cara yang dapat dilakukan untuk proses pemisahan gum antara lain adalah pemanasan, penambahan asam H 3 PO 4 , H 2 SO4 dan HCl atau basa NaOH, pemisahan gum dengan cara hidrasi dan pemisahan gum dengan menggunakan garam seperti natrium khlorida dan natrium fosfat [19]. Adanya pengotor pada minyak terutama getah gum mampu menyumbat pori-pori dan sisi aktif enzim sehingga mengurangi kinerja dari enzim lipase sendiri. Berikut adalah perbandingan kadar ALB pada CPO sebelum dan setelah proses degumming seperti yang terlihat pada gambar 4.1 Gambar 4.1 Analisis Kadar ALB Terhadap CPO Sebelum Dan Sesudah Degumming 1 2 3 4 5 Sebelum Degumming Setelah Degumming K ad ar ALB Sebelum Degumming Setelah Degumming Universitas Sumatera Utara Dari gambar 4.1 dapat dilihat bahwa terjadi penurunan ALB dari CPO setelah di degumming sebesar 35,37 . Penurunan kadar ALB ini berarti juga meningkatkan kinerja enzim karena berkurangnya kadar dan jumlah zat pengotor berupa getah gum yang berpotensi menghambat pori-pori dan sisi aktif enzim berkurang [39]. Manurung, dkk., 2014 telah melakukan penelitian menggunakan bahan baku CPO tanpa degumming dan akseptor asilnya berupa metil asetat dan diperoleh yield biodiesel sebesar 16,05 , dimana perolehan yield ini jauh lebih kecil dibandingkan dengan menggunakan bahan baku CPO yang telah di-degumming. Dapat kita ketahui bahwa penggunaan metil asetat sebagai akseptor asil memiliki hasil yang lebih baik daripada penggunaan metanol yang menghasilkan produk samping berupa gliserol yang dapat memblok sisi aktif enzim sehingga tidak diperlukan pengujian ulang terhadap CPO tanpa degumming. Berdasarkan hal tersebut maka proses degumming mutlak harus dilakukan sebagai pretreatment dalam penggunaan CPO sebagai bahan baku biodiesel secara enzimatis. Berikut adalah gambar hasil analisis dengan menggunakan GC Gas Chromatography untuk mengetahui komposisi asam-asam lemak yang terkandung di dalamnya. Gambar 4.2 Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak CPO Universitas Sumatera Utara Dari kromatogram pada gambar 4.2, komposisi asam lemak CPO tersebut disajikan pada tabel 4.1. Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari CPO Crude Palm Oil No. Puncak Retention Time menit Komponen Penyusun Komposisi bb 1 13,336 Asam Laurat C 12:0 0,0490 2 16,301 Asam Miristat C 14:0 0,5053 3 18,952 Asam Palmitat C 16:0 35,0279 4 19,255 Asam Palmitoleat C 16:1 0,2391 5 21,218 Asam Stearat C 18:0 3,6350 6 21,545 Asam Oleat C 18:1 50,0330 7 22,043 Asam Linoleat C 18:2 9,7705 8 22,749 Asam Linolenat C 18:3 0,3125 9 23,418 Asam Arakidat C 20:0 0,3181 10 23,783 Asam Eikosenoat C 20:1 0,1095 Berdasarkan data komposisi asam lemak dari CPO maka dapat ditentukan bahwa berat molekul CPO dalam bentuk trigliserida adalah 855,03707 grmol sedangkan berat molekul FFA CPO adalah 272,298078 grmol. Berdasarkan hasil analisis GC, komponen asam lemak yang dominan pada sampel CPO adalah pada puncak 6 yaitu asam lemak tidak jenuh berupa asam oleat sebesar 50,0330 bb dan pada puncak 3 yaitu asam lemak jenuh berupa asam palmitat sebesar 35,0279 bb. Knothe, 2005 menyarankan minyak dengan kandungan asam oleat C18:1 terbesar adalah minyak yang paling cocok untuk memproduksi biodiesel [40]. Minyak sawit kasar mengandung trigliserida sebagai penyusun utama dan sebagian kecil komponen nontrigliserida [41]. Trigliserida berupa minyak dan lemak merupakan ester 1 mol gliserol dengan 3 mol asam lemak yang mengikat asam lemak yang sama atau berbeda, biasanya memiliki jumlah atom karbon genap [42]. Semakin banyak ikatan rangkap yang terdapat di dalam asam lemak tersebut maka Universitas Sumatera Utara semakin mudah pula terjadi kerusakan pada asam lemak itu sendiri, begitu juga dengan non asam lemak yang terdapat di dalamnya. Salah satu komponen nontrigliserida adalah pigmen karoten. Pigmen karoten merupakan senyawa hidrokarbon tidak jenuh memiliki intensitas bilangan iodium tertentu yang juga bersifat labil atau sensitif terhadap oksidasi oleh oksigen dan dipercepat oleh panas. Bilangan iodium pada asam lemak menandai jumlah ikatan rangkap yang dikandung asam lemak itu sendiri dan bahan pengotor yang mengandung ikatan rangkap di dalamnya. Bilangan iodium ini sangat mempengaruhi warna asam lemak, karena sifatnya yang labil atau sensitif terhadap oksidasi oleh udara dan dipercepat oleh kenaikan suhu atau panas [42]. Komposisi asam lemak jenuh dan tak jenuh pada CPO disajikan pada tabel 4.2 berikut: Tabel 4.2 Komposisi Asam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh pada CPO Komposisi Persentasi Asam Lemak Jenuh 39,2172 Asam Lemak Tak Jenuh 60,7827 Dalam penelitian ini digunakan enzim lipase terimobilisasi Lipozyme sebagai biokatalis. Berdasarkan komposisi asam lemak jenuh dan tidak jenuh dalam CPO maka dimungkinkan paling sedikit 39,2172 asam lemak akan terkonversi menjadi ester dengan menggunakan Lipozyme. Tetapi karena asam lemak pada CPO yang lebih dominan adalah asam lemak tak jenuh yaitu sekitar 60,7827 maka penggunaan enzim yang non spesifik seperti Novozym 435 memungkinkan akan memberikan hasil yang lebih baik. Sebab lipozyme hanya bekerja pada posisi sn-1 dan sn-3 yang berupa asam lemak jenuh. Tetapi dari hasil penelitian yang dilakukan diperoleh sebesar 79,482, sedangkan Manurung, dkk 2014 memperoleh 68,14 [39]. Jadi, meskipun lipozyme merupakan enzim spesifik ternyata pada penelitian ini diperoleh yield yang lebih besar dengan variabel waktu 15 jam, suhu 45 o C dan jumlah biokatalis 30.

4.2 ANALISIS PENGARUH VARIABEL PERCOBAAN