Sintesis Biodiesel Sawit Melalui Reaksi Interesterifikasi menggunakan Katalis Enzim Lipase Terimobilisasi: Pengaruh Jumlah Biokatalis, Rasio Mol Reaktan, dan Temperatur

SINTESIS BIODIESEL SAWIT MELALUI REAKSI

INTERESTERIFIKASI MENGGUNAKAN KATALIS

ENZIM LIPASE TERIMOBILISASI: PENGARUH

JUMLAH BIOKATALIS, RASIO MOL

REAKTAN DAN TEMPERATUR

SKRIPSI

Oleh

MELINA WIDYAWATI

100405064

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

SINTESIS BIODIESEL SAWIT MELALUI REAKSI

INTERESTERIFIKASI MENGGUNAKAN KATALIS

ENZIM LIPASE TERIMOBILISASI: PENGARUH

JUMLAH BIOKATALIS, RASIO MOL

REAKTAN DAN TEMPERATUR

SKRIPSI

Oleh

MELINA WIDYAWATI

100405064

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:

SINTESIS BIODIESEL SAWIT MELALUI REAKSI

INTERESTERIFIKASI MENGGUNAKAN KATALIS

ENZIM LIPASE TERIMOBILISASI: PENGARUH

JUMLAH BIOKATALIS, RASIO MOL REAKTAN

DAN TEMPERATUR

dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya.

Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku

Medan, 8 Juli 2014

Melina Widyawati NIM 100405064

PENGESAHAN

Skripsi dengan judul:

SINTESIS BIODIESEL SAWIT MELALUI REAKSI

INTERESTERIFIKASI MENGGUNAKAN KATALIS ENZIM LIPASE TERIMOBILISASI: PENGARUH JUMLAH BIOKATALIS, RASIO MOL

REAKTAN DAN TEMPERATUR

dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada 17 Juli 2014 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Mengetahui,

Koordinator Skripsi

Ir. Renita Manurung, MT NIP. 19681214 199702 2 002

Medan, 22 Juli 2014 Dosen Pembimbing

Ir. Renita Manurung, MT NIP. 19681214 199702 2 002

Dosen Penguji I

Dr.Ir. Taslim, MSi

NIP. 19681214 199702 2 002

Dosen Penguji II

Dr.Ir. Fatimah, MT

PRAKATA

Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan

judul “Sintesis Biodiesel Sawit Melalui Reaksi Interesterifikasi menggunakan

Katalis Enzim Lipase Terimobilisasi: Pengaruh Jumlah Biokatalis, Rasio Mol Reaktan, dan Temperatur”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Laboratorium Kimia Organik Departemen Teknik Kimia Universtas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.

Melalui penelitian ini diperoleh hasil biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) dengan reaksi interesterifikasi menggunakan katalis enzim lipase terimobilisasi, sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan khususnya mengurangi jumlah penggunaan bahan bakar fosil.

Selama melakukan penelitian hingga penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis. Untuk itu secara khusus penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada Ibu Ir. Renita Manurung, MT.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

Medan, 8 Juli 2014 Penulis,

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada :

1. Kedua orang tua penulis, Supriadi Wijaya dan Meitikam yang tak hentinya memberikan doa dan dukungan baik moral maupun materil kepada penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.

2. Seluruh keluarga besar penulis terutama adikku, Jenny Oktavia dan Cindy Widyawati serta Almarhumah Nenek yang tak hentinya memberikan doa kepada penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. 3. Ir. Renita Manurung, MT selaku dosen pembimbing sekaligus koordinator

penelitian yang telah banyak memberikan bimbingan, arahan, dan motivasi yang luar biasa dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. 4. Dr. Ir. Taslim, M.Si dan Dr. Ir. Fatimah, MT selaku dosen penguji yang

telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini. 5. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia USU. 6. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Kimia USU. 7. Ir. Bambang Trisakti, MT sebagai Dosen Pembimbing Akademik.

8. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang sangat berharga dan bantuan kepada penulis selama menjalankan perkuliahan. 9. Ricky Afrianto sebagai partner atas kerjasamanya yang luar biasa selama

melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.

10.Sahabat sekaligus keluarga terbaik selama di Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara, khususnya semua 58 orang stambuk 2010 tanpa terkecuali yang telah banyak memberikan banyak dukungan, semangat, doa, pembelajaran hidup, dan kenangan tak terlupakan kepada penulis.

11.Seluruh mahasiswa Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara baik junior maupun senior yang telah banyak memberi sokongan kepada penulis untuk menyelesaikan skripsi ini.

12.Teman-teman dari Komisariat Gerakan Mahasiswa Nasional Indonesia (GMNI) Fakultas Teknik yang telah memberikan dukungan moril dan semangat kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini.

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Melina Widyawati

NIM : 100405064

Tempat, tanggal lahir : Medan, 5 Agustus 1992 Nama orang tua : Supriadi Wijaya dan

Meitikam Alamat orang tua :

Kompleks Ruko Sawang Permai II Blok A No.3, Batu Aji, Batam

Asal Sekolah:

 SD Immanuel Batam tahun 1996-2004

 SMP Immanuel Batam tahun 2004 – 2007

 SMA Immanuel Batam tahun 2007 – 2010

Beasiswa yang diperoleh:

Beasiswa BBM tahun 2012 Universitas Sumatera Utara Pengalaman Organisasi:

1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2013/2014 sebagai Wakil Bendahara

2. Gerakan Mahasiswa Nasional Indonesia (GMNI) periode 2012/2014

sebagai Bendahara

3. Pemerintahan Mahasiswa (PEMA) FT USU periode 2013/2014

sebagai Anggota Bidang Pengabdian Masyarakat

4. Korps Mahasiswa Pecinta Alam dan Lingkungan (KOMPAS) USU tahun 2011-sekarang sebagai Anggota

Artikel yang akan dipublikasikan dalam seminar internasional:

1. Synthesis Biodiesel from Palm Oil Through Interesterification Using Immobilized Lipase Enzym as Catalyst: The Effect of Amount of Biocatalyst, Molar Ratio of Reactant, Temperature to Yield pada seminar International Conference on Education, Concept, and

Application of Green Technology (ICGT’14) yang akan berlangsung

di Semarang, Jawa Tengah pada 2-3 September 2014.

2. Recycleable of Lipozyme in Biodiesel Synthesis from CPO Through Interesterification Process pada seminar 27th Symposium of Malaysian Chemical Engineers (SOMChE 2014) in Conjunction with 21st Regional Symposium on Chemical Engineering (RSCE 2014) yang akan berlangsung di Selangor, Malaysia pada 29-30 Oktober 2014.

ABSTRAK

Biodiesel umumnya disintesis dengan reaksi transesterifikasi antara trigliserida dan alkohol dengan penambahan katalis asam atau basa sehingga terdapat limbah proses kimia. Proses alternatif lain yaitu dengan menggunakan biokatalis berupa enzim untuk mensintesis biodiesel yang tidak menghasilkan limbah proses kimia. Penggunaan alkohol pada sintesis biodiesel secara enzimatis menghasilkan gliserol yang mampu memblok sisi aktif dari enzim. Pada penelitian ini, sintesis biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) yang telah di degumming dan metil asetat sebagai donor asil telah dilakukan dengan menggunakan Lipozyme sebagai biokatalis. Variabel pada penelitian ini adalah jumlah biokatalis, rasio mol reaktan, dan temperatur, dan responnya terhadap konversi yield pada biodiesel yang disajikan dengan menggunakan metode permukaan respon dengan software Minitab. Reaktan dan produk yang dihasilkan dianalisis dengan menggunakan

Gas Chromatography Mass Spectrometry (GCMS). Yield yang diperoleh sebesar

15% - 68% dengan waktu reaksi selama 10 jam. Pengaruh variabel terhadap yield dilihat dari interaksi antara jumlah biokatalis dan rasio mol reaktan yang menghasilkan nilai positif sebesar 1,240. Kemudian interaksi antara jumlah biokatalis dan temperatur menghasilkan nilai negatif sebesar -5,678 dan interaksi antara rasio mol reaktan dan temperatur menghasilkan nilai negatif pula sebesar -1,965. Sehingga dari hasil analisis yang diperoleh, dapat dikatakan bahwa jumlah biokatalis merupakan factor yang paling berpengaruh pada sintesis biodiesel. Pada akhirnya, dibutuhkan penelitian yang lebih lanjut mengenai variabel yang berpengaruh pada sintesis biodiesel.

ABSTRACT

Biodiesel is usually synthesis by transesterification oftriglycerides and alcohols in the presence of an acid or an alkaline catalyst but that is could produce a chemical waste process. An alternative process is using biocatalyst such as enzyme to

synthesis biodiesel that couldn’t produce chemical waste process. However using

alcohol in the enzymatic synthesis of biodiesel could produce glycerol which is able to block the active site of the enzyme. In this research, the synthesis of biodiesel from crude palm oil (CPO) that through the process of degumming and methyl acetate as acyl donor has been investigated with using of Lipozyme as biocatalyst. The variables in this research are the amount of biocatalyst, molar ratio of reactant, and temperature, and their responses with yield conversion of biodiesel were representated using response surface methodology (RSM) with Minitab software. The reactants and products were analyzed using Gas Chromatography Mass Spectrometry (GCMS). Yield raging from 15-68 % were achieved in 10 hours reaction time. However, interaction between amount of biocatalyst and molar ratio of reactant give positive result around 1,240. Afterwards the interaction between amount of biocatalyst and temperature give negative result around -5.678 and interaction between molar ratio of reactant and temperature give negative result around -1,965. The results showed that the most influential variable is the amount of biocatalyst. Therefore, this experiment would need further investigation works and analysis

Keyword: biodiesel, lipozyme, crude palm oil (CPO), response surface methodology

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

PENGESAHAN ii

PRAKATA iii

DEDIKASI iv

RIWAYAT HIDUP PENULIS v

ABSTRAK vi

ABSTRACT vii

DAFTAR ISI viii

DAFTAR GAMBAR xi

DAFTAR TABEL xiii

DAFTAR LAMPIRAN xiv

DAFTAR SINGKATAN xvi

DAFTAR SIMBOL xvii

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 LATAR BELAKANG 1

1.2 PERUMUSAN MASALAH 3

1.3 TUJUAN PENELITIAN 3

1.4 MANFAAT PENELITIAN 3

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1 CRUDE PALM OIL (CPO) 5

2.2 SINTESIS BIODIESEL 7

2.3 REAKSI INTERESTERIFIKASI 8

2.4 BIOKATALIS 9

2.5 ENZIM LIPASE 10

2.6 LIPASE TERIMOBILISASI 12

2.6.1 Imobilisasi dengan Ikatan Kovalen 12

2.6.3 Imobilisasi dengan Cross-Linking 13

2.6.4 Imobilisasi dengan Penjebakan 13

2.6.5 Imobilisasi dengan Enkapsulasi 14

2.7 POTENSI EKONOMI BIODIESEL DARI CPO 15

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 17

3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN 17

3.2 BAHAN DAN PERALATAN 17

3.2.1 Bahan Penelitian 17

3.2.2 Peralatan Penelitian 17

3.3 RANCANGAN PERCOBAAN 18

3.4 PROSEDUR PENELITIAN 20

3.4.1 Prosedur Degumming CPO 20

3.4.2 Prosedur Utama 20

3.4.3 Prosedur Analisa 21

3.4.3.1 Analisa Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku 21

CPO dengan Metode Tes AOCS Official Method Ca 5a-40

3.4.3.2 Analisa Komponen Asam Lemak Dalam Bahan 21

Baku CPO dan Biodiesel yang dihasilkan menggunakan GCMS

3.4.3.3 Analisa Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan 21

dengan Metode Tes ASTM D 445

3.4.3.4 Analisa Densitas Biodiesel yang dihasilkan dengan 22

Metode Tes OECD 109

3.4 FLOWCHART PENELITIAN 22

3.5.1 Flowchart Prosedur Degumming CPO 22

3.5.2 Flowchart Prosedur Utama 23

3.5.3 Analisa Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku CPO 24 dengan Metode Tes AOCS Official Method Ca 5a-40

3.5.4 Analisa Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan dengan 25

Metode Tes ASTM D 445

Metode Tes OECD 109

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 27

4.1 ANALISA BAHAN BAKU CPO (CRUDE PALM OIL) 27

4.2 ANALISA PENGARUH VARIABEL PERCOBAAN 31

4.2.1 Pengaruh Interaksi Variabel Jumlah Biokatalis dengan Rasio

Mol Reaktan 32

4.2.2 Pengaruh Interaksi Variabel Rasio Mol Reaktan dengan

Temperatur 33

4.2.3 Pengaruh Interaksi Variabel Temperatur dengan Jumlah

Biokatalis 34

4.3 SIFAT FISIK DARI BIODIESEL 36

4.4.1 Analisa Densitas 36

4.4.2 Analisa Viskositas Kinematik 36

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 38

5.1 KESIMPULAN 38

5.2 SARAN 39

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1 Perkembangan Luas Areal Perkebunan dan Areal Tanaman

Kelapa Sawit Menghasilkan di Indonesia, Tahun 1980-2008 5

Gambar 2.2 Reaksi Interesterifikasi dengan Metil Asetat 9

Gambar 2.3 Imobilisasi Enzim dengan Ikatan Kovalen 12

Gambar 2.4 Imobilisasi Enzim dengan Adsorpsi 13

Gambar 2.5 Imobilisasi Enzim dengan Cross-Linking 13

Gambar 2.6 Imobilisasi Enzim dengan Penjebakan 14

Gambar 2.7 Imobilisasi Enzim dengan Enkapsulasi 14

Gambar 3.1 Flowchart Prosedur Degumming CPO 22

Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Utama 23

Gambar 3.3 Flowchart Analisa Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku 24 CPO

Gambar 3.4 Flowchart Analisa Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan 25

Gambar 3.5 Flowchart Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan 26

Gambar 4.1 Analisa Kadar FFA terhadap CPO Sebelum dan Sesudah 27

Degumming

Gambar 4.2 Hasil Analisa GC Komposisi Asam Lemak CPO 28

Gambar 4.3 Reaksi Interesterifikasi Triasilgliserol Menggunakan Lipase

Spesifik sn-1,3 (A,B,C,X = Asam Lemak / Gugus Asil) 30

Gambar 4.4 Kontur %Yield Biodiesel untuk Jumlah Biokatalis vs Rasio

Mol Reaktan 31

Gambar 4.5 Kontur %Yield Biodiesel untuk Rasio Mol Reaktan vs

Temperatur 33

Gambar 4.6 Kontur %Yield Biodiesel untuk Temperatur vs Jumlah

Biokatalis 34

Gambar L4.1 Foto Proses Degumming CPO 52

Gambar L4.2 Foto Proses Interesterifikasi 53

Gambar L4.4 Foto Penyaringan Enzim 53

Gambar L4.5 Foto Proses Destilasi 54

Gambar L4.6 (a) Biodiesel yang Dihasilkan, (b) Penyimpanan Biodiesel

dalam Botol 54

Gambar L4.7 Foto Analisa Densitas 55

Gambar L4.8 Foto Analisa Viskositas 55

Gambar L5.1 Kromatogram Standar GC-MS CPO (Crude Palm Oil) 56

Gambar L5.2 Hasil Analisa Kromatogram GC-MS Asam Lemak CPO 57

Gambar L5.3 Kromatogram Standar GC Biodiesel 57

Gambar L5.4 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel 58

Gambar L5.5 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 1 59

Gambar L5.6 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 2 59

Gambar L5.7 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 3 60

Gambar L5.8 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 4 60

Gambar L5.9 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 5 61

Gambar L5.10 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 6 61

Gambar L5.11 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 7 62

Gambar L5.12 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 8 62

Gambar L5.13 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 9 63

Gambar L5.14 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 10 63

Gambar L5.15 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 11 64

Gambar L5.16 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 12 64

Gambar L5.17 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 13 65

Gambar L5.18 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 14 65

Gambar L5.19 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 15 66

Gambar L5.20 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 16 66

Gambar L5.21 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 17 67

Gambar L5.22 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 18 67

Gambar L5.23 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 19 68

Gambar L5.24 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 20 68

Gambar L6.1 Data Rancangan Percobaan 69

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1.1 State of The Art Synthesis Biodiesel 1

Tabel 2.1 Komposisi Trigliserida dalam Minyak Kelapa Sawit 6

Tabel 2.2 Komposisi Asam Lemak Minyak Kelapa Sawit 6

Tabel 3.1 Perlakuan Terkode untuk Reaksi Interesterifikasi 19

Tabel 3.2 Central Composite Design (CCD) untuk 3 Variabel 19

Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari CPO (Crude Palm Oil) 29

Tabel 4.2 Komposisi Asam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh 30

Tabel 4.3 Perkiraan Parameter Model Persamaan Statistik 31

Tabel 4.4 Hasil Analisa Densitas Biodiesel 36

Tabel 4.5 Hasil Analisa Viskositas Kinematik Biodiesel 36

Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak CPO 44

Tabel L1.2 Komposisi Trigliserida CPO 44

Tabel L1.3 Kadar Free Fatty Acid (FFA) CPO 45

Tabel L.2.1 Hasil Analisa Densitas Biodiesel 46

Tabel L.2.2 Hasil Analisa Viskositas Biodiesel 46

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU 44

L1.1 KOMPOSISI TRIGLISERIDA ASAM LEMAK

BAHAN BAKU CPO HASIL ANALISA GCMS 44

L1.2 KOMPOSISI TRIGLISERIDA BAHAN BAKU CPO 44

L1.3 KADAR FREE FATTY ACID (FFA) CPO 45

LAMPIRAN 2 DATA HASIL PENELITIAN 46

L2.1 DATA HASIL ANALISA DENSITAS BIODIESEL 46

L2.2 DATA HASIL ANALISA VISKOSITAS KINEMATIKA

BIODIESEL 46

L2.3 DATA YIELD DAN TOTAL PENURUNAN YIELD

BIODIESEL 46

LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN 47

L3.1 PERHITUNGAN KADAR FFA CPO 47

L3.1.1 Perhitungan Kadar FFA CPO SebelumDegumming 47

L3.1.2 Perhitungan Kadar FFA CPO Setelah Degumming 47

L3.2 PERHITUNGAN KEBUTUHAN METIL ASETAT 48

L3.3 PERHITUNGAN DENSITAS BIODIESEL 49

L3.4 PERHITUNGAN VISKOSITAS BIODIESEL 49

L3.5 PERHITUNGAN YIELD BIODIESEL 50

L3.5.1 Perhitungan Yield Biodiesel Tanpa Degumming 50

L3.5.2 Perhitungan Yield Biodiesel Dengan Degumming 50

L3.6 PERHITUNGAN PERSEN HIDROLISA CPO 50

LAMPIRAN 4 DOKUMENTASI PENELITIAN 52

L4.1 FOTO PROSES DEGUMMING CPO 52

L4.2 FOTO PROSES INTERESTERIFIKASI 52

L4.3 FOTO HASIL INTERESTERIFIKASI 53

L4.4 FOTO PENYARINGAN ENZIM 53

L4.6 FOTO PRODUK AKHIR BIODIESEL 54

L4.7 FOTO ANALISA DENSITAS 55

L4.8 FOTO ANALISA VISKOSITAS 55

LAMPIRAN 5 HASIL ANALISA BAHAN BAKU CPO DAN

BIODIESEL 56

L5.1 HASIL ANALISA KOMPOSISI ASAM LEMAK CPO 56

L5.2 HASIL ANALISA BIODIESEL 57

LAMPIRAN 6 ANALISA STATISTIK DENGAN MATLAB 69

L6.1 DATA RANCANGAN PERCOBAAN 69

DAFTAR SINGKATAN

ASTM American Society for Testing and Material

(ASTM)

OECD Organization for Economic Co-operation and

Development

BM Berat Molekul

CCD Central Composite Design

dkk dan kawan-kawan

et al et alia

CPO Crude Palm Oil

cSt centistokes

FFA Free Fatty Acid

GC Gas Chromatography

GC-MS Gas Chromatography Mass Spechtrophometry

PPKS Pusat Penelitian Kelapa Sawit

rpm Rotary per minute

RSM Response Surface Methodology

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Dimensi

T Suhu ºC

R Konstanta gas umum cal/gmol K

E Tenaga aktivasi cal/gmol

A Faktor tumbukan

K Konstanta kecepatan

reaksi

N Normalitas N

V Volume larutan NaOH

terpakai

ml

M Berat molekul FFA CPO Gr/mol

m Berat Sampel gram

V Volume awal ml

ρ Massa jenis kg/m3

sg Specific Gravity

t Waktu alir s

ABSTRAK

Biodiesel umumnya disintesis dengan reaksi transesterifikasi antara trigliserida dan alkohol dengan penambahan katalis asam atau basa sehingga terdapat limbah proses kimia. Proses alternatif lain yaitu dengan menggunakan biokatalis berupa enzim untuk mensintesis biodiesel yang tidak menghasilkan limbah proses kimia. Penggunaan alkohol pada sintesis biodiesel secara enzimatis menghasilkan gliserol yang mampu memblok sisi aktif dari enzim. Pada penelitian ini, sintesis biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) yang telah di degumming dan metil asetat sebagai donor asil telah dilakukan dengan menggunakan Lipozyme sebagai biokatalis. Variabel pada penelitian ini adalah jumlah biokatalis, rasio mol reaktan, dan temperatur, dan responnya terhadap konversi yield pada biodiesel yang disajikan dengan menggunakan metode permukaan respon dengan software Minitab. Reaktan dan produk yang dihasilkan dianalisis dengan menggunakan

Gas Chromatography Mass Spectrometry (GCMS). Yield yang diperoleh sebesar

15% - 68% dengan waktu reaksi selama 10 jam. Pengaruh variabel terhadap yield dilihat dari interaksi antara jumlah biokatalis dan rasio mol reaktan yang menghasilkan nilai positif sebesar 1,240. Kemudian interaksi antara jumlah biokatalis dan temperatur menghasilkan nilai negatif sebesar -5,678 dan interaksi antara rasio mol reaktan dan temperatur menghasilkan nilai negatif pula sebesar -1,965. Sehingga dari hasil analisis yang diperoleh, dapat dikatakan bahwa jumlah biokatalis merupakan factor yang paling berpengaruh pada sintesis biodiesel. Pada akhirnya, dibutuhkan penelitian yang lebih lanjut mengenai variabel yang berpengaruh pada sintesis biodiesel.

ABSTRACT

Biodiesel is usually synthesis by transesterification oftriglycerides and alcohols in the presence of an acid or an alkaline catalyst but that is could produce a chemical waste process. An alternative process is using biocatalyst such as enzyme to

synthesis biodiesel that couldn’t produce chemical waste process. However using

alcohol in the enzymatic synthesis of biodiesel could produce glycerol which is able to block the active site of the enzyme. In this research, the synthesis of biodiesel from crude palm oil (CPO) that through the process of degumming and methyl acetate as acyl donor has been investigated with using of Lipozyme as biocatalyst. The variables in this research are the amount of biocatalyst, molar ratio of reactant, and temperature, and their responses with yield conversion of biodiesel were representated using response surface methodology (RSM) with Minitab software. The reactants and products were analyzed using Gas Chromatography Mass Spectrometry (GCMS). Yield raging from 15-68 % were achieved in 10 hours reaction time. However, interaction between amount of biocatalyst and molar ratio of reactant give positive result around 1,240. Afterwards the interaction between amount of biocatalyst and temperature give negative result around -5.678 and interaction between molar ratio of reactant and temperature give negative result around -1,965. The results showed that the most influential variable is the amount of biocatalyst. Therefore, this experiment would need further investigation works and analysis

Keyword: biodiesel, lipozyme, crude palm oil (CPO), response surface methodology

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Sejak tahun 1990 penelitian dan pengembangan biodisel dirintis secara ekstensif yang bertujuan untuk mendapatkan bahan bakar yang dapat diperbarui. Indonesia yang memiliki keragaman jenis tumbuhan penghasil minyak atau lemak berpotensi sebagai bahan baku bakar nabati [1]. Salah satu bahan baku yang dapat digunakan untuk pembuatan biodiesel adalah minyak mentah kelapa sawit atau yang biasa dikenal sebagai Crude Palm Oil (CPO). Indonesia adalah negara produsen terbesar Crude Palm Oil (CPO) di dunia mulai tahun 2006 dengan perkebunan sawit seluas sekitar 5 juta Ha dan dapat menyerap tenaga kerja sebanyak kurang lebih 3 juta orang [2].

Biodiesel dihasilkan dengan mereaksikan minyak tumbuhan dengan alkohol menggunakan basa sebagai katalis pada suhu dan komposisi tertentu [3]. Namun, akhir-akhir ini mulai dikembangkan sintesis biodiesel menggunakan enzim lipase sebagai biokatalis [4]. Saat ini enzim sebagai biokatalis telah banyak diaplikasikan secara komersial untuk proses-proses industri, antara lain dalam industri pangan, medis, kimia dan farmasi [5].

Beberapa hasil penelitian tentang sintesis biodiesel dengan menggunakan biokatalis dapat dipaparkan pada tabel 1.1 berikut:

Tabel 1.1 State of The Art Synthesis Biodiesel

Lipase Minyak Akseptor

Asil Waktu

Jumlah

Biokatalis Yield Referensi

Candida Antartica

Minyak Sapi

2-Butanol 16 jam 10% 96,4%

Nelson, et al., 1996 [6] Candida

Antartica B

Minyak Kedelai

Metil

Asetat 14 jam 30% 92 %

Du, et al., 2004 [7] Candida Antartica Minyak Biji Jatropha, Minyak Karanj, Minyak Biji Matahari Etil

Asetat 12 jam 10% >90%

Modi, et al., 2007 [8]

Tabel 1.1 State of The Art Synthesis Biodiesel (Lanjutan)

Lipase Minyak Akseptor

Asil Waktu

Jumlah

Biokatalis Yield Referensi

Candida Antartica

Minyak

Biji Lobak Metanol 24 jam 6% 91,1%

Watanabe et al., 2007 [9] Candida Antartica Minyak Biji Bunga Matahari Metil

Asetat 8 jam 3% >95%

Ognjanovic, et al., 2009

[10] Candida

Antartica B

Unrefined

Palm Oil Metanol

2-10

jam 4% 91-92 %

Talukder, et al., 2009 [11] Candida Antartica Minyak

Kedelai Etanol 8 jam 20% 93%

Brusamarelo , et al., 2010

[12] Candida Rugosa Minyak Goreng Metil

Asetat 50 jam 4% 89,6

Hermansyah , dkk., 2012

[13]

Lipozyme Minyak

Kedelai Etanol 4 jam 5% 29%

Souza et al., 2012 [14] Penggunaan metanol dan etanol pada sintesis biodiesel menghasilkan gliserol sebagai produk samping, yang mampu memblok sisi aktif dari enzim lipase. Oleh karena itu, penggunaan donor gugus asil alternatif, seperti metil asetat, etil asetat, dan propan-2-ol, telah dipelajari [15]. Di samping itu, penggunaan enzim secara konvensional kurang menguntungkan dan tidak efisien karena setiap pemakaian ataupun analisis harus menggunakan enzim yang baru. Untuk mengatasi kelemahan ini dikembangkan rekayasa enzim dengan teknik imobilisasi [16]. Penggunaan biokatalis memiliki keuntungan atas proses kimia dan dapat digunakan kembali, terutama di kasus pemanfaatan lipase yang terimobilisasi. Adapun masalah masih perlu diperhitungkan yaitu tingginya biaya lipase dan kemungkinan hambatan pada alkohol rantai pendek, gliserol, dan kotoran lainnya dalam bahan baku [15].

Atas dasar pemikiran yang telah dipaparkan, maka penulis ingin melakukan penelitian sintesis biodiesel dengan bahan baku Crude Palm Oil (CPO) melalui reaksi interesterifikasi dengan menggunakan biokatalis enzim lipase yang terimobilisasi untuk mendapatkan informasi penting mengenai pengaruh jumlah biokatalis, rasio mol reaktan, dan temperatur terhadap sintesis biodiesel yang dihasilkan dari CPO sehingga metode ini nantinya dapat dikembangkan untuk skala industri.

1.2 PERUMUSAN MASALAH

Adapun perumusan masalah dalam penelitian ini adalah: 1. Pengaruh variabel proses terhadap perolehan yield.

2. Kinerja enzim lipozyme terhadap metil asetat sebagai donor asil pada perolehan yield.

1.3 TUJUAN PENELITIAN

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Mengkaji sintesis biodiesel yang dihasilkan dari CPO akibat pengaruh jumlah biokatalis, rasio mol reaktan, dan temperatur.

2. Mengkaji kinerja dari enzim lipase terhadap reaksi interesterifikasi dalam sintesis biodiesel.

1.4 MANFAAT PENELITIAN

Manfaat dari penelitian yang dilakukan adalah:

1. Untuk menambah informasi mengenai kajian penggunaan enzim lipase terimobilisasi sebagai biokatalisator pada sintesis biodiesel.

2. Untuk memperoleh informasi mengenai kinerja enzim lipase pada reaksi interesterifikasi.

3. Meningkatkan nilai ekonomis dari Crude Palm Oil (CPO) yang

merupakan produk dasar dari perkebunan kelapa sawit sebagai bahan baku dalam sintesis biodiesel.

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN

Adapun ruang lingkup dari penelitian ini adalah :

1. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Organik, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Medan. 2. Bahan baku untuk sintesis biodiesel adalah Crude Palm Oil (CPO), metil

3. Reaksi sintesis biodiesel dilangsungkan dengan memvariasikan tiga variabel seperti berikut :

- Jumlah biokatalis : 10% - 30%* dari massa CPO [17] - Rasio mol reaktan : 1:3 - 1:9* [18] - Temperatur reaksi : 40 oC - 60 oC* [19] Sedangkan variabel tetapnya adalah :

- Waktu reaksi : 10 jam [7]

- Kecepatan pengadukan : 150 rpm [20]

Analisis yang dilakukan adalah :

1. Analisis komposisi bahan baku CPO dan biodiesel yang dihasilkan dengan menggunakan GCMS.

2. Analisis kadar Free Fatty Acid (FFA) bahan baku CPO dengan metode AOCS ca5a-40

3. Analisis densitas biodiesel yang dihasilkan dengan metode tes OECD 109 4. Analisis viskositas biodiesel yang dihasilkan dengan metode tes ASTM D

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 CRUDE PALM OIL (CPO)

Diketahui bahwa Indonesia merupakan negara produsen utama minyak kelapa sawit. Share minyak kelapa sawit Indonesia terhadap total produksi dunia minyak kelapa sawit tahun 2005-2008 berkisar 41,64%-44,67% dan share

terhadap total produksi dunia minyak hayati sekitar 10%-12,12%. Produksi minyak kelapa sawit Indonesia memiliki tren meningkat sekitar 11,31%/tahun. Dari sisi peruntukannya, sekitar 25% dari total produksi minyak kelapa sawit Indonesia digunakan untuk konsumsi dan selebihnya ditujukan untuk pasar ekspor.

Perkembangan luas areal perkebunan kelapa sawit dan luas areal tanaman kelapa sawit menghasilkan Indonesia tahun 1980-2008 disajikan pada Gambar 2.1. Perkembangan luas areal perkebunan kelapa sawit Indonesia tumbuh dengan cepat sejak 1980. Saat itu pemerintah Indonesia giat mengembangkan tanaman ekspor perkebunan, selain dilatarbelakangi oleh pencarian sumber minyak makan/minyak goreng pengganti minyak kelapa yang diprediksi tidak akan mencukupi kebutuhan dalam negeri di masa depan [21].

Gambar 2.1 Perkembangan Luas Areal Perkebunan dan Areal Tanaman Kelapa Sawit Menghasilkan di Indonesia, Tahun 1980-2008 [21]

Minyak sawit mentah (CPO) menyumbang 21% dari minyak global dan pasokan lemak, dan 26% dari pasokan minyak nabati global. Kelapa sawit adalah tanaman yang menghasilkan minyak per hektar tertinggi. Satu hektar menghasilkan minyak sawit 15-30 ton buah segar, memberikan 2 sampai 7 ton CPO, serta PKO (Palm Kernel Oil) yang diekstrak dari biji.

Trigliserida (Tg) adalah molekul yang sangat stabil tapi hanya selama itu terbatas dalam sel. Semua sel mesocarp, selain memiliki penyimpanan minyak, mengandung lipase (enzim hidrolitik). Enzim ini memiliki fungsi yang sangat spesifik, yaitu, memutus molekul trigliserida kembali ke asam lemak dan gliserol melalui proses yang disebut hidrolisis. Namun enzim ini akan rusak pada suhu di atas 80 ° C [22].

Berikut ini adalah tabel dari komposisi trigliserida dan tabel komposisi asam lemak dari minyak kelapa sawit

Tabel 2.1. Komposisi Trigliserida Dalam Minyak Kelapa Sawit [23]

Trigliserida Jumlah (%)

Tripalmitin 3 - 5

Dipalmito - Stearine 1 - 3

Oleo - Miristopalmitin 0 - 5

Oleo - Dipalmitin 21 - 43

Oleo - Palmitostearine 10 - 11

Palmito - Diolein 32 - 48

Stearo - Diolein 0 - 6

Linoleo - Dioelin 3 - 12

Tabel 2.2. Komposisi Asam Lemak Minyak Kelapa Sawit [23]

Asam Lemak Jumlah (%)

Asam Kaprilat -

Asam Kaproat -

Asam Miristat 1,1 – 2,5

Asam Palmitat 40 - 46

Asam Stearat 3,6 – 4,7

Asam Oleat 30 – 45

Asam LAurat -

2.2 SINTESIS BIODIESEL

Bahan bakar minyak bumi merupakan salah satu sumber energi utama yang banyak digunakan berbagai negara di dunia pada saat ini. Kebutuhan bahan bakar ini selalu meningkat, seiring dengan penggunaannya di bidang industri maupun transportasi. Ketersediaan bahan bakar minyak bumi terbatas dan sifatnya tidak terbarukan, sehingga diprediksikan akan ada kelangkaan bahan bakar minyak. Kelangkaaan inilah yang menimbulkan adanya krisis energi di dunia, sehingga membutuhkan sumber energi alternatif diantaranya biodiesel [1].

Biodiesel merupakan sumber bahan bakar alternatif pengganti solar yang terbuat dari minyak tumbuhan atau lemak hewan, tidak mengandung sulfur dan tidak beraroma. Biodiesel dihasilkan dengan mereaksikan minyak tumbuhan dengan alkohol menggunakan basa sebagai katalis pada suhu dan komposisi tertentu [3].

Lee, et al telah melakukan penelitian pembuatan metil ester dengan menggunakan bahan baku lemak babi dan minyak bekas restoran dengan menggunakan katalis basa dan katalis enzim sebanyak 10%. Konversi tertinggi diperoleh setelah 24 jam sebesar 96% [17]. Mata, et al juga telah melakukan penelitian biodiesel dengan menggunakan bahan baku berupa minyak jagung transgenik dengan enzim sebagai katalis dan etanol sebagai reaktan. Adapun perbandingan rasio mol rekatan yang divariasikan yaitu sebesar 1:3, 1:6, dan 1:9 dengan waktu reaksi 8 jam dan 12 jam. Yield tertinggi diperoleh sebesar 98,95 % dengan rasio 1:6 dan temperature 35 oC [18]. Penelitian transesterifikasi dari minyak lobak telah dilakukan oleh Kazanceva, et al dengan menggunakan n-butanol sebagai reaktan dan lipozyme TL IM dan lipozyme RM IM sebagai biokatalis pada temperatur 30 oC – 60 oC [19]. Du, et al melakukan penelitian dengan menggunakan minyak kedelai sebagai bahan baku dan melakukan percobaan dengan berbagai penerima gugus asil yang berbeda. Katalis yang digunakan pada penelitian ini adalah Novozym 435 dan yield tertinggi yang diperoleh adalah 92 % selama 10 jam waktu reaksi [7]. Ognjanovic, et al melakukan penelitian dengan menggunakan Novozym 435 sebagai katalis untuk mensintesis minyak bunga matahari menjadi biodiesel dan methanol sebagai

reaktan. Yield tertinggi sebesar > 99% diperoleh setelah 50 jam waktu reaksi, kecepatan pengadukan 150 rpm, dan perbandingan molar rasio 1:3 [20].

Biodiesel (fatty acid methyl ester) telah diproduksi secara komersial melalui reaksi transesterifikasi minyak nabati dengan metanol menggunakan katalis alkali. Tetapi katalis alkali ini mempunyai beberapa kelemahan, seperti terjadinya reaksi pembentukan sabun akibat bereaksinya katalis (logam alkali) dengan asam lemak bebas. Selain itu katalis yang bercampur homogen juga mengakibatkan kesulitan dalam pemurnian produk. Proses pemurnian produk yang cukup sulit inilah yang pada akhirnya mengakibatkan harga biodiesel menjadi cukup mahal [4]. Oleh karena itu, penggunaan metil asetat sebagai katalis untuk sintesis biodiesel memiliki prospek yang menguntungkan karena dapat memperbaiki kelemahan katalis alkali yaitu tidak bercampur homogen sehingga pemisahannya mudah dan mampu mengarahkan reaksi secara spesifik tanpa adanya reaksi samping yang tidak diinginkan [24].

Sintesis biodiesel melalui rute non alkohol ini termasuk ke dalam reaksi interesterifikasi, interesterifikasi dapat digambarkan sebagai pertukaran gugus antara dua buah ester, dimana hal ini hanya dapat terjadi apabila terdapat katalis [24].

2.3 REAKSI INTERESTERIFIKASI

Proses interesterifikasi ada dua macam yaitu interesterifikasi kimia dan interesterifikasi enzimatik. Sebagai substrat dalam proses interesterifikasi adalah campuran minyak dan lemak dengan perbandingan tertentu. Proses interesterifikasi kimia tidak menghasilkan asam lemak trans dan sampai sekarang masih tetap dipergunakan untuk proses industri. Proses reaksi selama interesterifikasi kimia berlangsung secara random atau acak dalam penyusunan posisi asam lemak dalam trigrliserida, sehingga hasil interesterifikasi ini harus dilakukan pengendalian yang ketat yaitu dengan melakukan pengontrolan secara fisik dan waktu reaksi relatif singkat.

Secara umum proses interesterifikasi kimia berlangsung dengan tiga macam reaksi sekaligus yaitu: 1) Alkoholisis, 2) Acidolisis, 3) Transesterifikasi. Proses interesterifikasi kimia tidak begitu ramah lingkungan apabila dibandingkan

dengan interesterifikasi enzim, karena mempunyai limbah kimia yang dapat mencemari lingkungan apabila tidak ditangani dengan baik.

Selain proses Interesterifikasi kimia yang sudah lama berkembang maka kemudian dikembangkan teknologi dengan memakai enzim yang disebut proses interesterifikasi enzimatik. Interesterifikasi enzimatik ini mempunyai reaksi yang sangat spesifik dan stabil dalam suhu 55oC-75oC. Sistem proses interesterifikasi enzimatik dapat dilakukan dengan sistem batch dan sistem continue. Enzim dapat digunakan secara berulang-ulang hingga 10-20 kali [2].

Gambar 2.2 Reaksi Interesterifikasi dengan Metil Asetat

Rute reaksi non-alkohol bisa dilakukan dengan cara mengganti alkohol dengan alkil asetat yang sama-sama berfungsi sebagai pensuplai alkil. Reaksi trigliserida dari minyak sawit dengan alkil asetat akan menghasilkan biodiesel [4].

2.4 BIOKATALIS

Reaksi kimia yang terjadi dalam sistem biologis selalu melibatkan katalis. Katalis ini dikenal sebagai katalis biologis (biokatalisator) yang digunakan sebagai alternatif katalis anorganik. Katalis biologis dapat dibagi dalam dua jenis yaitu yang berasal dari mikroorganisme seperti bakteri, jamur dan khamir serta sejumlah enzim.

Enzim merupakan biokatalisator yang sangat efektif yang akan meningkatkan kecepatan reaksi kimia spesifik secara nyata. Sifat spesifisitas enzim berbeda satu sama lain sehingga dapat dimanfaatkan untuk tujuan reaksi atau jenis produk yang diharapkan. Enzim juga dapat bekerja pada kondisi yang ramah (mild), sehingga lebih efisien karena dapat menekan konsumsi energi proses (tekanan dan temperatur tinggi). Katalis enzim juga meminimalisir terikutnya senyawa-senyawa pengotor dalam produk suatu proses.

Saat ini enzim sebagai biokatalis telah banyak diaplikasikan secara komersial untuk proses-proses industri, antara lain dalam industri pangan, medis, kimia dan farmasi. Pada tahun 2000, penjualan enzim merupakan peringkat yang tinggi dalam bidang bioteknologi dan diperkirakan mencapai US$ 1,6 milyar [5].

Sejalan dengan perkembangan bioteknologi industri telah memacu perkembangan rekayasa enzim dalam pemanfaatan enzim pada skala industri. Penggunaan enzim secara konvensional kurang menguntungkan dan tidak efisien karena setiap pemakaian ataupun analisis harus menggunakan enzim yang baru. Untuk mengatasi kelemahan ini dikembangkan rekayasa enzim dengan teknik imobilisasi. Salah satu matriks digunakan adalah natrium alginat. Bila natrium alginat direaksikan dengan larutan kalsium klorida akan terbentuk gel. Dalam gel ini enzim akan terjerat di antara ikatan polimer kalsium alginate [16].

2.5 ENZIM LIPASE

Lipase merupakan enzim yang memiliki peran yang penting dalam bioteknologi modern. Banyak industri yang telah mengaplikasikan penggunaan enzim sebagai biokatalis. Lipase terkenal memiliki aktivitas yang tinggi dalam reaksi hidrolisis dan dalam kimia sintesis. Lipase dapat berperan sebagai biokatalis untuk reaksi reaksi hidrolisis, esterifikasi, alkoholisis, asidolisis and aminolisis. Candida dan Rhizopus yang merupakan organisme yang paling sering dipakai sebagai sumber sintesis penghasil lipase [25].

Lipase merupakan enzim yang dapat diproduksi oleh beberapa mikroorganisme diantaranya yaitu bakteri dan jamur. Meningkatnya ketertarikan terhadap lipase karena enzim ini dapat digunakan sebagai katalis dalam hidrolisis untuk mensintesis ester asam lemak [24].

Lipase mewakili sekelompok enzim yang larut dalam air dan dapat mengkatalisis reaksi hidrolisis ikatan ester substrat lemak yang tak larut dalam air, dan berperan sebagai lapisan antarmuka antara air dan fase organik. Aksi enzimatik lipase pada substrat adalah hasil dari serangan nukleofilik pada atom karbon karbonil dari gugus ester. Beberapa lipase juga mampu mengkatalisis proses esterifikasi, interesterifikasi, transesterifikasi, asidolis, aminolisis dan dapat menunjukkan sifat enantioselektivitas [26].

Harga lipase komersial biasanya sangat tinggi karena proses produksinya yang sulit dan memakan waktu. Selain itu, dalam proses reaksi enzimatis, lipase tidak dapat digunakan kembali lagi karena terlarut dalam media reaksi. Hal ini menyebabkan biaya reaksi yang dikatalisis lipase meningkat. Perlu adanya penelitian tentang teknik penggunakan kembali lipase, salah satunya adalah teknik reaksi immobilisasi dengan bantuan support sebagai media pembantu yang dapat menahan enzim dalam struktur molekulnya. diharapkan enzim digunakan kembali sehingga biaya produksi reaksi enzimatis dapat ditekan [25].

Untuk aplikasi industri, spesifitas lipase adalah faktor penting. Enzim ini dapat menyajikan spesifisitas mengenai substrat (asam lemak atau alkohol), termasuk diferensiasi isomer. Lipase dapat dibagi menjadi tiga kelompok berdasarkan spesifitas mereka.

a) Lipase nonspesifik (seperti yang dihasilkan oleh Candida rugosa, Staphylococcus aureus, Chromobacterium viscosum, Thermomyces

lanuginosus, dan Pseudomonas sp). Mereka membelah molekul

asilgliserol secara acak dan menghasilkan FFA dan gliserol, serta monogliserida dan digliserida sebagai produk samping. Dalam hal ini, produk ini mirip dengan yang dihasilkan oleh katalisis kimia, tetapi suhu yang lebih rendah digunakan untuk reaksi, bila dibandingkan dengan proses kimia.

b) Lipase 1,3-spesifik (misalnya dari Aspergillus niger, Mucor javanicus, Rhizopus delemar, Rhizopus oryzae, Yarrowia lipolytica, Rhizopus niveus,

dan Penicillium roquefortii). Mereka melepaskan asam lemak dari posisi 1

dan 3 dari gliserida dan untuk alasan ini, produk yang dihasilkan memiliki komposisi yang berbeda dari lipase nonregioselective, atau bahkan oleh katalis kimia.

c) Fatty acid lipase spesifik: mereka bertindak secara khusus pada hidrolisis ester, yang memiliki asam lemak dengan rantai panjang dan ikatan ganda dalam posisi cis pada karbon 9. Jenis ini umumnya berbeda di antara lipase dan contoh yang paling sering digunakan adalah lipase dari

2.6 LIPASE TERIMOBILISASI

Penggunaan enzim secara bebas untuk hasil produksi biodiesel memiliki keterbatasan teknis, dan secara praktis tidak dapat diandalkan, karena ketidakmungkinan pemulihan dan penggunaan kembali, yang pada akhirnya dapat meningkatkan biaya produksi proses, serta dapat meningkatkan kontaminasi produk dengan enzim yang tersisa. Kesulitan-kesulitan tersebut mampu diatasi dengan penggunaan enzim dalam bentuk terimobilisasi sehingga memungkinkan penggunaan kembali biokatalis beberapa kali, mengurangi biaya, dan lebih meningkatkan kualitas produk.

Enzim terimobilisasi adalah suatu enzim yang diperangkap dan dilekatkan pada suatu medium agar enzim dapat lebih tahan terhadap perubahan kondisi seperti pH atau temperatur. Sistem ini juga membantu enzim berada di tempat tertentu selama berlangsungnya reaksi sehingga memudahkan proses pemisahan dan memungkinkan untuk dipakai lagi di reaksi lain. Sistem ini memiliki keunggulan dalam hal efisiensi sehingga di industri banyak digunakan dalam reaksi yang dikatalisis oleh enzim.

Ada beberapa teknik yang digunakan untuk lipase terimobilisasi, seperti ikatan kovalen, adsorpsi, cross-linking, penjebakan, dan enkapsulasi [27].

2.6.1 Imobilisasi dengan Ikatan Kovalen

Imobilisasi enzim dengan ikatan kovalen sudah berkembang pada tahun 1950 dan itu masih penting karena ikatan kovalen biasanya menyediakan hubungan terkuat antara enzim dan carrier. Ikatan kovalen terbentuk antara kelompok kimia enzim dan kelompok kimia pada permukaan carrier. Ikatan kovalen demikian digunakan di dalam berbagai pH, kekuatan ionik dan kondisi variabel lainnya [27]. Gambar 2.3 adalah gambar dari imobilisasi enzim dengan ikatan kovalen.

2.6.2 Imobilisasi dengan Adsorpsi

Sebuah enzim tidak dapat bergerak karena ikatan dengan ikatan energi rendah (misalnya interaksi ionik, ikatan hidrogen, gaya van der Waals, dll) permukaan baik eksternal atau internal carrier atau support. Karena imobilisasi enzim pada permukaan luar, tidak ada batasan difusi pori ditemui [27]. Gambar 2.4 adalah gambar dari imobilisasi enzim dengan cara adsorpsi

Gambar 2.4 Imobilisasi Enzim dengan Adsorpsi [27]

2.6.3 Imobilisasi dengan Cross-Linking

Cross-linking ditandai dengan ikatan kovalen antara berbagai molekul dari

enzim melalui reagen polifungsional. Kesalahan menggunakan reagen polifungsional adalah bahwa mereka dapat mengubah sifat enzim. Teknik ini murah dan sederhana tapi tidak sering digunakan dengan protein murni karena menghasilkan enzim amobil sangat sedikit yang memiliki aktivitas intrinsik yang sangat tinggi [27]. Gambar 2.5 adalah gambar dari imobilisasi enzim dengan cara cross-linking.

Gambar 2.5 Imobilisasi Enzim dengan Cross-Linking [27]

2.6.4 Imobilisasi dengan Penjebakan

Teknik penjebakan enzim adalah salah satu metode yang paling sederhana untuk mengimobilisasi enzim dan juga seluruh sel. Jebakan berarti bahwa molekul enzim atau olahan terbatas dalam matriks yang dibentuk dengan mendispersikan komponen katalitik dalam medium fluida (larutan polimer), diikuti dengan pembentukan matriks yang tidak larut. Jadi jebakan mengacu pada proses dimana enzim yang tertanam dalam matriks yang dibentuk oleh kimia atau cara fisik seperti cross-linking atau gelasi. Matriks umumnya terbentuk selama proses

imobilisasi [27]. Penjebakannya didasarkan pada lokalisasi enzim dalam kisi matriks polimer atau membrane namun tetap mempertahankan kemampuan enzim untuk menerima substrat [44]. Gambar 2.6 adalah gambar dari imobilisasi enzim dengan cara penjebakan.

Gambar 2.6 Imobilisasi Enzim dengan Penjebakan [27]

2.6.5 Imobilisasi dengan Enkapsulasi

Enkapsulasi berarti mengurung tetesan larutan enzim dalam kapsul membran semipermeabel. Enkapsulasi adalah pembentukan membran seperti penghalang fisik di sekitar enzim. Metode enkapsulasi murah dan sederhana namun efektivitasnya kebanyakan tergantung pada stabilitas enzim meskipun sangat efektif dipertahankan dalam kapsul sebagai katalis [27]. Gambar 2.7 adalah gambar dari imobilisasi enzim dengan cara enkapsulasi

Gambar 2.7 Imobilisasi Enzim dengan Enkapsulasi [27]

Perilaku katalitik enzim dalam bentuk terimobilisasi mungkin berbeda dari enzim terlarut. Efek transportasi massa (pengangkutan substrat untuk katalis dan difusi produk reaksi dari matriks katalis) dapat mengakibatkan penurunan aktivitas secara keseluruhan. Efek transportasi massa biasanya dibagi menjadi dua kategori yaitu efek eksternal dan internal. Eksternal yang berasal dari peristiwa bahwa substrat harus diangkut dari larutan bulk ke permukaan enzim terimobilisasi. Keterbatasan internal terjadi ketika substrat menembus di dalam partikel enzim yang terimobilisasi [27].

Aktivitas katalitik enzim dan fitur lainnya dapat berubah tergantung pada jenis teknik imobilisasi yang digunakan dan kekuatan interaksi antara enzim dan pendonor yang mungkin digunakan. Namun, aktivitas katalitik enzim dalam medium tertentu dapat diubah dengan meningkatkan atau menurunkan pengadukan. Dengan demikian, terdapat kemungkinan beberapa aktivitas lipase yang hilang selama reaksi transesterifikasi, bahkan ketika bergerak digunakan, dan ini lebih mungkin pada pemurnian enzim daripada inaktivasi enzim. Di sisi lain, jika seperti pencucian tidak terjadi dan enzim tetap terikat untuk mendukung, peningkatan permukaan kontak dapat membantu dalam meningkatkan perpindahan massa, sehingga meningkatkan efisiensi enzim sebagai katalis [15].

Akhir-akhir ini mulai dikembangkan sintesis biodiesel menggunakan enzim lipase sebagai biokatalis. Lipase sebagai biokatalis mampu mengarahkan reaksi secara spesifik ke arah produk yang diinginkan tanpa terjadinya reaksi samping yang merugikan. Biokatalis ini merupakan katalis heterogen, sehingga pemisahannya dari produk setelah reaksi berakhir dapat dilakukan dengan mudah. Namun, enzim lipase mudah terdeaktivasi oleh alkohol yang merupakan reaktan dalam proses enzimatik sintesis biodiesel ini [4].

2.7 POTENSI EKONOMI BIODIESEL DARI CPO

Indonesia merupakan salah satu produsen CPO terbesar di dunia dengan kapasitas produksi terakhir tahun 2013 sebesar 6.584.732 ton. Produksi CPO di Indonesia dari tahun ke tahun semakin meningkat. CPO memiliki potensi yang cukup besar untuk digunakan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel. Karena memiliki potensi yang cukup besar, CPO diharapkan dapat menjadi sumber bahan baku utama untuk pembuatan biodiesel guna mencukupi kebutuhan bahan bakar dalam negeri yang semakin tinggi. Adapun peluang untuk mengembangkan potensi biodiesel sendiri di Indonesia cukup besar terutama untuk substitusi minyak solar mengingat saat ini penggunaan minyak solar mencapai sekitar 40% dari total penggunaan BBM untuk sektor transportasi. Sementara penggunaan solar pada industri dan PLTD adalah sebesar 74% dari total penggunaan BBM pada kedua sektor tersebut.

Untuk itu, perlu dilakukan kajian potensi ekonomi biodiesel dari CPO. Namun, dalam tulisan ini hanya akan dikaji potensi ekonomi secara sederhana. Sebelum melakukan kajian tersebut, perlu diketahui harga bahan baku yang digunakan dalam produksi dan harga jual biodiesel. Dalam hal ini, harga biodiesel mengacu pada harga komersial CPO dan biodiesel.

Harga CPO = Rp 7500/ liter [43]

Harga Biodiesel = Rp 8400/ liter [43]

Dapat dilihat bahwa, harga jual CPO sebagai bahan baku hampir sama dengan harga jual biodiesel sebagai produk dimana biaya produksi belum termasuk dalam perhitungan. Tentu hal ini tidak membawa nilai ekonomis dalam pembuatan biodiesel dari CPO. Namun, adanya kebijakan dari pemerintah mengenai penggunaan biodiesel sebagai bahan bakar yaitu pemberlakuan Peraturan Menteri ESDM Nomor 25/2013 sejak Agustus 2013 dimana memberikan dampak yang signifikan terhadap konsumsi biodiesel dalam negeri. Kementerian ESDM mengungkapkan bahwa konsumsi biodiesel dalam negeri meningkat hingga 101%. Pada Agustus 2013 lalu, konsumsi nabati (fatty acid

methyl ester/ FAME) yang dicampurkan ke dalam solar sehingga menjadi

biodiesel, masih 57.871 kiloliter. Sementara itu, bulan Oktober 2013 ini konsumsi telah mencapai 116.261 kiloliter.Mulai September 2013, perusahaan di sektor transportasi, industri, komersial, dan pembangkit listrik diwajibkan memakai FAME (fatty acid methyl ester) minimal 10% dalam campuran solar. Hal ini sesuai yang tercantum dalam Peraturan Menteri ESDM Nomor 25/2013 tentang Penyediaan, Pemanfaatan, dan tata Niaga Bahan Bakar Nabati (Biofuel) Sebagai Bahan Bakar Lain. Biodiesel yang digunakan dalam campuran solar juga diwajibkan merupakan produk lokal, bukan produk impor.

Dengan adanya kebijakan pemerintah yang ditetapkan oleh peraturan menteri ESDM, penetapan harga jual biodiesel sendiri bisa fleksibel mengikuti harga bahan baku serta biaya produksi saat ini yang ditutupi dengan subsidi, sehingga produksi biodiesel menggunakan bahan baku CPO dapat tetap menguntungkan dan berpotensi untuk menjadi industri yang berkembang ke depannya menjadikan Indonesia sebagai penghasil terbesar biodiesel dan pelaku ekspor biodiesel di dunia.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

2.6 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.

2.7 BAHAN DAN PERALATAN 3.2.1 Bahan Penelitian

Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain:

1. Crude Palm Oil (CPO)

2. Metil Asetat (CH3COOCH3)

3. Lipozyme

4. Aquadest (H2O)

5. Natrium Hidroksida (NaOH)

6. Etanol (C2H5OH)

7. Phenolftalein (C20H14O4)

3.2.2Peralatan 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 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

2.8 RANCANGAN PERCOBAAN

Penelitian ini dilakukan dengan variabel bebas yaitu jumlah biokatalis, rasio mol reaktan, dan temperatur pada reaksi interesterifikasi dengan menggunakan metode permukaan respon (response surface methodology).

Metode permukaan respon (response surface methodology) merupakan sekumpulan teknik matematika dan statistika yang berguna untuk menganalisis permasalahan dimana beberapa variabel independen mempengaruhi variabel respon dan tujuan akhirnya adalah untuk mengoptimalkan respon. Ide dasar metode ini adalah memanfaatkan desain eksperimen berbantuan statistika untuk mengetahui pengaruh interaksi antara variabel bebas terhadap yield yang dihasilkan.

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 tiga variabel

independen nilai rotatabilitasnya = (32)1/4= 1,6818 ≈ 1,682. Oleh karena itu nilai ± 1,682 termasuk nilai yang digunakan untuk pengkodean [28].

Adapun level terkode percobaan dapat dilihat pada tabel 3.1 dan 3.2. Tabel 3.1 Perlakuan Terkode untuk Reaksi Interesterifikasi

Perlakuan Perlakuan Terkode

-1,682 -1 0 1 1,682

Jumlah Biokatalis (%) 10 14 20 26 30

Rasio Mol Reaktan 3 4 6 8 9

Temperatur (oC) 40 45 50 55 60

Tabel 3.2 Central Composite Design (CCD) untuk 3 Variabel

No Jumlah Biokatalis (X1)

Rasio Mol Reaktan (X2)

Temperatur (X3)

1 -1 -1 -1

2 1 -1 -1

3 -1 1 -1

4 1 1 -1

5 -1 -1 1

6 1 -1 1

7 -1 1 1

8 1 1 1

9 -1,682 0 0

10 1,682 0 0

11 0 -1,682 0

12 0 1,682 0

13 0 0 -1,682

14 0 0 1,682

15 0 0 0

16 0 0 0

17 0 0 0

18 0 0 0

19 0 0 0

2.9 PROSEDUR PENELITIAN 3.4.1 Prosedur Degumming CPO

Proses degumming CPO yang dilakukan diadopsi dari Hermanto & Sihotang, 2013 [29] dengan prosedur sebagai berikut:

1. CPO sebanyak 300 gram dimasukkan kedalam erlenmeyer dan

dipanaskan dalam hot water bath dimana temperatur air dan minyak dijaga konstan pada 60 oC.

2. Asam fosfat (H3PO4) sebanyak 0,6 % (b/b) CPO ditambahkan ke dalam

erlenmeyer

3. Campuran diaduk homogen pada kecepatan 400 rpm selama 15 menit hingga kandungan CPO itu terlihat semi-transparan, cokelat gelap. 4. Campuran hasil reaksi disaring dengan kertas saring.

3.4.2 Prosedur Utama

1. Crude Palm Oil (CPO) dan metil asetat dengan rasio mol tertentu

dimasukkan ke dalam erlenmeyer.

2. Lipozyme sebanyak jumlah tertentu dari berat total CPO dan metil asetat

dimasukkan ke dalam campuran.

3. Campuran dipanaskan dengan pemanas hingga mencapai suhu reaksi

tertentu kemudian dihomogenkan campuran menggunakan shaker

dengan kecepatan 150 rpm selama 10 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 oC. 5. Campuran yang telah disaring kemudian didestilasi pada suhu 65 oC. 6. Campuran yang telah didestilasi kemudian dimasukkan ke dalam botol

3.4.3 Prosedur Analisis

3.4.3.1Analisis 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

3.4.3.2Analisis 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.

3.4.3.3Analisis 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 cm2 per detik (Stokes). Satuan SI untuk viskositas m2 per detik (104 St). Lebih sering digunakan centistokes (cSt) (1cSt =10-2 St = 1 mm2/s). Untuk Analisis viskositas menggunakan metode tes ASTM D-445. Untuk pengukuran viskositas ini

viscosimeter holder dan bath pemanas pada 37,8oC. Termometer yang digunakan dengan ketelitian 0,02oC dan menggunakan stop watch dengan ketelitian 0,2 detik

3.4.3.4Analisis 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 20oC.

3.5 FLOWCHART PENELITIAN

3.5.1 Flowchart Prosedur Degumming CPO

Gambar 3.1 Flowchart Prosedur Degumming pada CPO

300 gram CPO dimasukkan ke dalam erlenmeyer lalu ditambah asam fosfat (H3PO4) 0,6 % b/b dari berat CPO

Dipanaskan dalam hot water bath pada temperatur konstan 60 oC

Selesai Mulai

Diaduk dan dihomogenkan pada kecepatan 400 rpm selama 15 menit hingga terlihat semi-tansparan atau cokelat gelap lalu disaring

3.5.2 Sintesis Biodiesel dengan Reaksi Interesterifikasi

Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Utama Mulai

Crude Palm Oil (CPO) dan metil asetat dimasukkan

dengan rasio mol tertentu ke dalam erlenmeyer

Campuran dihomogenkan menggunakan shaker dengan kecepatan 150 rpm selama 10 jam

Lipozyme dengan jumlah tertentu dari berat total CPO

dan metil asetat dimasukkan ke dalam campuran

Campuran dipanaskan dengan pemanas hingga mencapai suhu reaksi tertentu

Shaker dimatikan

Campuran dikeluarkan dari erlenmeyer disaring, setelah itu dimasukkan ke dalam erlenmeyer lain sehingga Lipozyme dan

campuran terpisah

Lipozyme disimpan

pada suhu 20 oC

Campuran didestilasi pada suhu 65 oC dan dimasukkan ke dalam botol

Dianalisa biodiesel yang dihasilkan

3.5.3 Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku CPO dengan Metode Tes AOCS Official Method Ca 5a-40

Gambar 3.3 Flowchart Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku CPO Mulai

Bahan baku CPO 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

3.5.4 Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan dengan Metode Tes ASTM D 445

Gambar 3.4 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

3.5.5 Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan dengan Metode Tes OECD 109

Gambar 3.5 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

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. Degumming adalah proses pemisahan

gum, yaitu prosespemisahan getah atau lendir yang terdiri darifosfolipid, protein, residu, karbohidrat, airdan resin [30].

CPO (crude palm oil) merupakan minyak kasar yang diperoleh dengan cara ekstraksi daging buah sawit dan biasanya masih mengandung kotoran terlarut dan tidak terlarut dalam minyak. Pengotor yang dikenal dengan sebutan gum atau getah ini terdiri dari fosfatida, protein, hidrokarbon, karbohidrat, air, logam berat dan resin, asam lemak bebas (ALB), tokoferol, pigmen dan senyawa lainnya [31]. 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

0 1 2 3 4 5

Sebelum Degumming

Setelah Degumming

K

ad

ar

AL

B

Sebelum Degumming Setelah Degumming

Dari gambar 4.1 dapat dilihat bahwa terjadi penurunan ALB dari CPO setelah di degumming sebesar 14,33 %. 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. Sebelumnya juga telah dilakukan penelitian pendahuluan menggunakan bahan baku CPO tanpa degumming dan diperoleh yield biodiesel sebesar 16,05 %, dimana perolehan yield ini jauh lebih kecil dibandingkan dengan menggunakan bahan baku CPO yang telah di-degumming. Berdasarkan hal tersebut maka proses degumming mutlak harus dilakukan sebagai pretreatment

dalam penggunaan CPO sebagai bahan baku biodiesel secara enzimatis.

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.

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 % (b/b)

1 13,336 Asam Laurat (C12:0) 0,0490

2 16,301 Asam Miristat (C14:0) 0,5053

3 18,952 Asam Palmitat (C16:0) 35,0279

4 19,255 Asam Palmitoleat (C16:1) 0,2391

5 21,218 Asam Stearat (C18:0) 3,6350

6 21,545 Asam Oleat (C18:1) 50,0330

7 22,043 Asam Linoleat (C18:2) 9,7705

8 22,749 Asam Linolenat (C18:3) 0,3125

9 23,418 Asam Arakidat (C20:0) 0,3181

10 23,783 Asam Eikosenoat (C20:1) 0,1095

Berdasarkan data komposisi asam lemak dari CPO maka dapat ditentukan bahwa berat molekul CPO (dalam bentuk trigliserida) adalah 855,03707 gr/mol sedangkan berat molekul FFA CPO adalah 272,298078 gr/mol. 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% (b/b) dan pada puncak 3 yaitu asam lemak jenuh berupa asam palmitat sebesar 35,0279% (b/b). Knothe, 2005 menyarankan minyak dengan kandungan asam oleat (C18:1) terbesar adalah minyak yang paling cocok untuk memproduksi biodiesel [32].

Penggunaan metil asetat (interesterifikasi) sebagai aseptor asil dalam esterifikasi minyak sawit lebih baik dari pada penggunaan etanol (transesterifikasi). Ini dapat dilihat dari konversi yield biodiesel yang diperoleh. Souza et al., 2012 telah melakukan penelitian dengan minyak kedelai dan enzim Lipozyme sebesar 5% serta waktu reaksi 4 jam namun hanya memperoleh yield sebesar 29% [14] dibandingkan dengan penelitian ini yang menggunakan minyak sawit diperoleh konversi yield terbesar yaitu 68,143%.

Pada minyak dan lemak nabati, asam lemak jenuh kebanyakan terdapat pada posisi luar sn-1 dan sn-3 dan asam lemak tak jenuh pada bagian dalam sn-2 [33].

Gambar 4.3 Reaksi Interesterifikasi Triasilgliserol Menggunakan Lipase Spesifik sn-1,3 (A,B,C,X = Asam Lemak / Gugus Asil) [34]

Komposisi asam lemak jenuh dan tidak jenuh pada CPO disajikan pada tabel 4.2

Tabel 4.2 Komposisi Asam Lemak pada CPO

Komposisi Persentasi (%)

Asam Lemak Jenuh 39,2172

Asam Lemak Tidak Jenuh 60,7827

FFA 3,814

Dalam penelitian ini digunakan enzim lipase terimobilisasi yang menggunakan support dari resin penukar ion berpori (Lipozyme RM IM).

Lipozyme RM IM merupakan biokatalisator dengan spesifitas sn-1,3 mampu

melepaskan asam lemak dari posisi 1 dan 3 dari gliserida [15]. Dengan menggunakan lipase spesifik sn-1,3 pada reaksi interesterifikasi, pertukaran separuh dari gugus asil hanya berfokus pada posisi sn-1 dan sn-3, dapat meningkatkan produk dengan karakteristik yang tidak dapat diperoleh dari interesterifikasi secara kimia [35].

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 % dengan posisi sn-2 maka penggunaan enzim yang non spesifik seperti Novozym 435 memungkinkan untuk memberikan hasil yang lebih baik.

4.2 ANALISIS PENGARUH VARIABEL PERCOBAAN

Pengaruh variabel percobaan yang digunakan kemudian diolah secara statistik menggunakan software Minitab dan disajikan pada tabel 4.3 berikut: Tabel 4.3 Perkiraan Parameter Model Persamaan Statistik

Term Coef SE Coef T P

Constant 22,727 2,102 10,813 0,000

Jumlah Biokatalis (X1) 10,679 1,395 7,658 0,000

Rasio Mol Reaktan (X2) 6,254 1,395 4,485 0,001

Temperatur (X3) 1,713 1,395 1,228 0,248

X1*X1 8,912 1,358 6,565 0,000

X2*X2 3,148 1,358 2,319 0,043

X3*X3 6,852 1,358 5,047 0,001

X1*X2 1,240 1,822 0,681 0,512

X1*X3 -5,678 1,822 -3,116 0,011

X2*X3 -1,965 1,822 -1,079 0,306

S = 5.153 R-Sq = 94.0% R-Sq(adj) = 88.5%

Berdasarkan hasil analisis statistik pada tabel 4.3 di atas, dapat dilihat bahwa rasio jumlah biokatalis memberikan pengaruh yang signifikan sebesar 10,679 kali terhadap pembentukan produk biodiesel. Diikuti dengan variabel rasio mol reaktan sebesar 6,254 kali terhadap pembentukan produk biodiesel dan temperatur memberikan pengaruh sebesar 1,713 kali. Begitu pula interaksi temperatur dengan jumlah biokatalis dan rasio mol reaktan yang memberikan pengaruh negatif.

Nilai R2 sebesar 0,94 menunjukkan validitas untuk variabel terikat. Dengan perolehan nilai R2 sebesar 0,94 menunjukkan bahwa variabel berpengaruh secara signifikan.

Dengan menggunakan analisis metode respon permukaan dengan level terkode, diperoleh hubungan %yield dengan ketiga variabel yaitu sebagai berikut: Y= 22,727 + 10,679 X1 +6,254 X2 + 1,713 X3 + 8,912 X12 + 3,148 X22 +

6,852 X32 + 1,240 X1X2– 5,678 X1X3–1,965 X2X3

(4.1)

Model orde-2 yang mewakili permukaan respon dipilih berdasarkan kondisi yang paling berpengaruh pada proses interesterifikasi secara enzimatis.

4.2.1 Pengaruh Interaksi Variabel Jumlah Biokatalis dengan Rasio Mol Reaktan

Pengaruh interaksi variabel jumlah biokatalis dengan rasio mol reaktan ditunjukkan oleh plot kontur gambar 4.4 berikut:

Jumlah Biokatalis (%)

R a s io M o l R e a k ta n 70 60 50 40 40 30 20 30 25 20 15 10 9 8 7 6 5 4 3 Hold Values Temperatur 50 y ield

30 - 40 40 - 50 50 - 60 60 - 70 70 - 80

<

> 80 20 20 - 30

Gambar 4.4 Kontur %Yield Biodiesel untuk Jumlah Biokatalis vs Rasio Mol Reaktan

Gambar 4.4 menunjukkan bahwa peningkatan jumlah biokatalis lebih menunjukkan pengaruh signifikan terhadap konversi yield dibandingkan dengan rasio mol reaktan dengan temperatur konstan pada 50 oC. Dari plot kontur yang diperoleh dapat dilihat bahwa dengan meningkatnya jumlah biokatalis maka dapat meningkatkan yield secara signifikan.

Zhong, et al., 2013 mengatakan bahwa jumlah enzim merupakan variabel penting operasi untuk mencapai reaksi yang lebih cepat dan efisien. Namun, peningkatan jumlah lipase tidak menghasilkan konversi yang lebih tinggi [36]. Sedangkan Martins, et al., 2011 mengatakan bahwa pada reaksi yang dikatalisis oleh enzim terimobilisasi, dimana enzim-enzim tidak dapat berinteraksi, peningkatan jumlah enzim hingga batas tertentu mampu mempengaruhi secara positif kecepatan reaksi.

Dari gambar 4.4 dapat dilihat bahwa konversi yield terbesar (>80%) dapat diperoleh dengan memperbesar jumlah biokatalis lebih besar dari 29% dan rasio mol reaktan lebih besar dari 8,5. Berdasarkan analisis statistik metode respon permukaan pada tabel 4.3 yang menyatakan bahwa interaksi antara jumlah biokatalis dan rasio mol reaktan mampu memberikan hasil yang positif sebesar 1,240. Jika jumlah biokatalis dan rasio mol reaktan diperkecil, maka konversi yield yang diperoleh juga semakin kecil.

Semakin besar jumlah rasio mol reaktan akan meningkatkan jumlah substrat, sedangkan semakin banyak jumlah biokatalis akan meningkatkan jumlah sisi aktif dari enzim. Dengan meningkatnya dua variabel tersebut mampu memperbesar konversi yield. Hal ini dikarenakan akan semakin banyak interaksi antara sisi aktif dari enzim yang dapat berkontak langsung dengan substrat yang tersedia. Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa interaksi antara jumlah biokatalis dan rasio mol reaktan pada batas tertentu mampu memberikan pengaruh terhadap perolehan yield >80.

4.2.2 Pengaruh Interaksi Variabel Rasio Mol Reaktan dengan Temperatur

Pengaruh interaksi variabel rasio mol reaktan dengan temperatur ditunjukkan oleh plot kontur gambar 4.5 berikut:

Rasio Mol Reaktan

T e m p e ra tu r 50 50 40 30 20 9 8 7 6 5 4 3 58 56 54 52 50 48 46 44 42 Hold Values

Jumlah Biok atalis 20

y ield

30 - 40 40 - 50 50 - 60 > 60 < 20 20 - 30

Gambar 4.5 Kontur %Yield Biodiesel untuk Rasio Mol Reaktan vs Temperatur

Pada gambar 4.5 menunjukkan bahwa peningkatan rasio mol reaktan menunjukkan perubahan yang signifikan dibandingkan dengan peningkatan temperatur dengan jumlah biokatalis tetap 20%. Plot kontur menunjukkan bahwa bila rasio mol reaktan dinaikkan dengan tetap mempertahankan temperatur mampu meningkatkan yield secara signifikan.

Rasio stokiometri untuk reaksi interesterifikasi membutuhkan 3 mol metil asetat dan 1 mol trigliserida untuk menghasilkan 3 mol metil ester dan 1 mol triasetilgliserol. Oleh karena itu, jumlah metil asetat yang berlebih sangat diperlukan untuk mendorong reaksi kearah pembentukan produk.

Penelitian yang dilakukan oleh Yuang dan Yan, 2008 melaporkan bahwa bila metil asetat terlalu banyak dapat membuat minyak menjadi lebih cair sehingga mampu menurunkan konversi dari metil ester [37].

Dari gambar 4.5 dapat dilihat bahwa konversi yield yang lebih besar dapat diperoleh dengan memperbesar rasio mol reaktan dan mempertahankan temperatur tetap dalam keadaan optimum.

4.2.3 Pengaruh Interaksi Variabel Temperatur dengan Jumlah Biokatalis

Pengaruh interaksi variabel temperatur dengan jumlah biokatalis ditunjukkan oleh plot kontur gambar 4.6 berikut:

Temperatur Ju m la h B io k a ta lis ( % ) 80 60 40 20 58 56 54 52 50 48 46 44 42 30 25 20 15 10 Hold Values

Rasio Mol Reak tan 6

y ield

40 - 60 60 - 80 > 80 < 20 20 - 40

Gambar 4.6 Kontur %Yield Biodiesel untuk Temperatur vs Jumlah Biokatalis

o

Pada gambar 4.6 menunjukkan bahwa peningkatan jumlah biokatalis lebih berpengaruh pada % yield dengan variabel tetap rasio mol reaktan 1:6. Tidak demikian halnya terhadap temperatur yang memberikan pengaruh tidak terlalu banyak terhadap % yield. Hal ini mungkin diakibatkan oleh terdeaktivasinya enzim lipase pada suhu tinggi sehingga mampu menurunkan % yield biodiesel. Plot kontur menunjukkan bahwa jika temperatur dipertahankan < 45 oC dan jumlah biokatalis dinaikkan, maka mampu meningkatkan % yield produk biodiesel. Ketika temperatur dinaikkan dan jumlah biokatalis dipertahankan tetap, terlihat bahwa hal tersebut tidak mempengaruhi konversi dari yield.

Suhu tinggi dapat meningkatkan laju reaksi karena mengurangi viskositas campuran lipid dan meningkatkan transfer antara substrat dan produk di permukaan atau di dalam partikel enzim. Namun, suhu tinggi juga dapat mengurangi stabilitas dan separuh umur enzim [38].

Temperatur memiliki peranan penting dalam reaksi interesterifikasi secara enzimatis. Penelitian yang dilakukan oleh Ferreira, et al pada tahun 2008 menggunakan Lipozyme TL IM dan bahan baku berupa minyak nabati menjadi biodiesel dengan suhu 35-38 oC memperoleh konversi yield tertinggi sebesar 90% [39]. Kemudian penelitian yang dilakukan oleh Ognjanović, et al., 2008 dengan menggunakan minyak biji bunga matahari menjadi biodiesel dan katalis Novozym 435 memberikan yield sebesar 99,6% pada temperatur 45 oC [20]. Untuk bahan baku berupa CPO yang digunakan dalam penelitian ini bila dilihat dari gambar 4.6, temperatur optimum untuk kerja Lipozyme sesungguhnya adalah < 45 oC.

Pada gambar 4.6 dapat dilihat bahwa konversi yield yang lebih besar dapat diperoleh dengan menambah jumlah biokatalis pada temperatur yang rendah. Hal ini disebabkan karena temperatur reaksi yang lebih tinggi mampu mendeaktivasi kinerja dari enzim lipase.

4.3SIFAT FISIK DARI BIODIESEL 4.3.1 Analisis Densitas

Semakin tinggi rasio mol reaktan maka akan semakin rendah densitas biodisel yang dihasilkan. Setyopratomo,dkk., 2008 memaparkan bahwa hal ini bisa disebabkan oleh meningkatnya tingkat konversi akibat meningkatnya laju reaksi dan bergesernya kesetimbangan reaksi. Semakin meningkatnya tingkat konversi trigliserida menjadi metil ester, maka densitas biodisel akan menurun karena densitas metil ester lebih rendah daripada densitas trigliserida [40].

Dari hasil percobaan yang telah dilakukan, diperoleh densitas biodiesel seperti yang telah disajikan pada tabel 4.4 berikut:

Tabel 4.4 Hasil Analisis Densitas Biodiesel

Jumlah Biokatalis (b/b) Rasio Molar Reaktan Suhu Percobaan

(oC)

Densitas Biodiesel (kg/m3)

Standar SNI (kg/m3)

Suhu (oC)

30 % 1 : 6 50 865,24 840-890 40

Densitas yang diperoleh dari penelitian telah sesuai Standar Nasional Indonesia (SNI). Selanjutnya densitas yang diperoleh digunakan untuk perhitungan viskositas kinematik biodiesel.

4.3.2 Analisis Viskositas Kinematik

Viskositas adalah sifat fisik yang paling penting dari biodiesel karena dapat mempengaruhi pengoperasian injeksi pada peralatan bahan bakar, khususnya pada suhu rendah ketika peningkatan viskositas mempengaruhi fluiditas bahan bakar. Viskositas tinggi menyebabkan sulitnya atomisasi pada penyemprotan bahan bakar dan operasi kurang akurat akibat injeksi bahan bakar. Semakin rendah viskositas biodiesel, semakin mudah untuk memompa dan menyemprotkan suatu cairan [41].

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, viskositas yang dihasilkan adalah seperti yang telah disajikan pada tabel 4.5 berikut:

Tabel 4.5 Hasil Analisis Viskositas Kinematik Biodiesel

Jumlah Biokatalis (b/b) Rasio Molar Reaktan Suhu Percobaan

(oC)

Viskositas Kinematik (cSt) Standar SNI (cSt) Suhu (oC)

Konversi trigliserida menjadi metil atau etil ester melalui proses transesterifikasi dapat mengurangi berat molekul menjadi sepertiga dari trigliserida dan mengurangi viskositas sekitar delapan kali [42]. Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan diperoleh bahwa nilai viskositas kinematik yang dihasilkan telah sesuai dengan standar SNI. Demirbas, 2009 memaparkan bahwa masalah utama terkait dengan penggunaan minyak nabati murni sebagai bahan bakar untuk mesin diesel yaitu viskositasnya yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan bahan bakar umumnya [41].

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Adapun kesimpulan yang dapat di ambil dari penelitian yang telah di lakukan adalah:

1. Proses degumming yang dilakukan pada CPO mampu menurunkan

kadar FFA sebesar 14,33% yang berarti berkurang pula kadar pengotor yang mampu menghambat aktivitas enzim, sehingga proses degumming sebaiknya dilakukan sebagai pretreatment awal pada CPO.

2. Kinerja dari Lipozyme yang hanya spesifik memutus rantai 1 dan 3 pada trigliserida menyebabkan lebih sedikit asam lemak yang akan terkonversi menjadi ester.

3. Analisis pengaruh variabel percobaan yang diolah dengan metode respon permukaan menggunakan software Minitab memberikan nilai R2 sebesar 0,94 menunjukkan validitas untuk variabel terikat.

4. Pada interesterifikasi CPO, variabel yang paling berpengaruh berturut-turut adalah jumlah biokatalis, rasio mol reaktan, dan temperatur. Untuk temperatur merupakan variabel yang tidak berpengaruh secara signifikan ketika berinteraksi dengan kedua faktor lainnya.

5. Analisis fisik yang dilakukan pada biodiesel yaitu analisis densitas dan viskositas kinematik memperoleh hasil berturut-turut yaitu 865,24 kg/m3 dan 3,517 cSt. Kedua hasil yang telah diperoleh menyatakan bahwa biodiesel yang dihasilkan telah sesuai dengan Standar Nasional Indonesia (SNI) yaitu 840-890 kg/m3 untuk densitas, dan 2,3-6,0 cSt untuk viskositas kinematik pada suhu 40 oC.

5.2 SARAN

Adapun saran yang dapat di ambil dari penelitian yang telah di lakukan adalah:

1. Sebaiknya menggunakan enzim non spesifik seperti Novozym 435 sebagai biokatalisator untuk mengkonversi CPO menjadi biodiesel. 2. Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya jumlah biokatalis dan rasio mol

reaktan diperbesar hingga batas tertentu sedangkan variabel temperatur diperkecil ± 45 oC sehingga dapat diperoleh konversi yield yang lebih besar.

Gambar L5.17 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 13

Gambar L5.18 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 14 65

Gambar L5.19 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 15

Gambar L5.21 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 17

Gambar L5.22 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 18 67

Gambar L5.23 Hasil Analisa Kromatogram GC Biodiesel Run 19

LAMPIRAN 6

ANALISA STATISTIK DENGAN MATLAB

L6.1 DATA RANCANGAN PERCOBAAN

Gambar L6.1 Data Rancangan Percobaan

L6.2 HASIL PENGOLAHAN DATA DENGAN MINITAB

69