Sintesis Biodiesel Sawit Melalui Reaksi Interesterifikasi Menggunakan Katalis Enzim Lipase Terimobilisasi: Kajian Penggunaan Ulang (Recycle) Enzim Sebagai Katalis

SINTESIS BIODIESEL SAWIT MELALUI REAKSI

INTERESTERIFIKASI MENGGUNAKAN KATALIS

ENZIM LIPASE TERIMOBILISASI: KAJIAN

PENGGUNAAN ULANG (RECYCLE) ENZIM

SEBAGAI KATALIS

SKRIPSI

Oleh

RICKY AFRIANTO

100405018

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

JULI 2014

SINTESIS BIODIESEL SAWIT MELALUI REAKSI

INTERESTERIFIKASI MENGGUNAKAN KATALIS

ENZIM LIPASE TERIMOBILISASI: KAJIAN

PENGGUNAAN ULANG (RECYCLE) ENZIM

SEBAGAI KATALIS

SKRIPSI

Oleh

RICKY AFRIANTO

100405018

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

JULI 2014

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:

SINTESIS BIODIESEL SAWIT MELALUI REAKSI INTERESTERIFIKASI MENGGUNAKAN KATALIS ENZIM LIPASE TERIMOBILISASI:

KAJIAN PENGGUNAAN ULANG (RECYCLE) ENZIM SEBAGAI KATALIS

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, 5 Juli 2014

Ricky Afrianto NIM 100405018

PENGESAHAN

Skripsi dengan judul:

SINTESIS BIODIESEL SAWIT MELALUI REAKSI INTERESTERIFIKASI MENGGUNAKAN KATALIS ENZIM LIPASE TERIMOBILISASI:

KAJIAN PENGGUNAAN ULANG (RECYCLE) ENZIM SEBAGAI KATALIS

dibuat sebagai kelengkapan persyaratan untuk mengikuti ujian skripsi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Mengetahui,

Koordinator Skripsi

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

Medan, 5 Juli 2014 Dosen Pembimbing

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

Dosen Penguji I

Dr.Ir. Taslim, MSi

NIP. 19650115 199003 1 002

Dosen Penguji II

Dr.Ir. Fatimah, MT

PRAKATA

Puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Sintesis Biodiesel Sawit Melalui Reaksi Interesterifikasi Menggunakan Katalis Enzim Lipase Terimobilisasi: Kajian Penggunaan Ulang (Recycle) Enzim Sebagai Katalis”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di 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, 5 Juli 2014 Penulis,

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada :

1. Kedua orang tua penulis tercinta, Aminur Fajar Tanjung, ST dan Afriani Guchi serta adik-adik tercinta, Putri dan Reva yang telah banyak mendukung penulis sampai saat ini.

2. Ir. Renita Manurung, MT selaku dosen pembimbing serta koordinator skripsi yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.

3. Dr. Ir. Taslim, M.Si dan Dr. Ir. Fatimah, MT yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini.

4. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, MT, selaku Ketua Jurusan Departemen Teknik Kimia USU.

5. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Kimia USU. 6. Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, MT sebagai Dosen Pembimbing

Akademik.

7. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang sangat berharga kepada penulis

8. Melina Widyawati atas kerjasamanya yang baik hingga akhir selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.

9. Sari Liza Azura Nst (Icha) yang memberikan dukungan dan semangat secara spesial kepada penulis.

10.Sahabat-sahabat terbaikku di Teknik Kimia, DJLAWR (Dwimas, Winda, Ayu, Juli), dan semua stambuk 2010 serta senior-senior yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis.

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Ricky Afrianto

NIM : 100405018

Tempat, tanggal lahir : Medan, 6 Februari 1993 Nama orang tua : Aminur Fajar Tanjung, ST

dan Afriani Guchi Alamat orang tua :

Jl. Puri No. 154/94 Medan Asal Sekolah:

 SD Nurul Huda 2 YAPIS Jayapura 1998-2004  SMP Negeri 3 Medan tahun 2004 – 2007  SMA Negeri 1 Medan tahun 2007 – 2010 Beasiswa yang diperoleh:

Beasiswa BTN tahun 2012 Pengalaman Kerja dan Organisasi:

1. Covalen Study Group (CSG) periode 2012-2013 sebagai Ketua Bidang Peningkatan Akademik dan Literatur (PAL)

2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2012/2013 sebagai Anggota Bidang Penelitian dan Pengembangan (Litbang)

3. Asisten Laboratorium Kimia Organik Departemen Teknik Kimia FT USU tahun 2012-2014 modul Karbohidrat, Alkohol-Fenol, Nitrasi, dan Penentuan Kadar Alfa Selulosa.

4. Asisten Peneliti dalam Penelitian Upgrade Kinerja Enzim Dalam Produksi Biodiesel Sawit tahun 2013

Artikel yang akan dipublikasikan dalam seminar internasional:

1. 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.

2. 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.

ABSTRAK

Sintesis biodiesel menggunakan enzim lipase terimobilisasi cukup menjanjikan karena kemampuannya yang dapat memperbaiki kelemahan penggunaan katalis alkali seperti tidak terjadinya reaksi samping (terbentuknya sabun) dan pemisahan katalis dengan produk lebih mudah serta keuntungan yang paling signifikan yaitu dapat dipakai ulang. Umumnya produksi biodiesel enzimatis yang telah dikaji oleh peneliti sebelumnya menggunakan refinedoil sebagai bahan baku sedangkan penggunaan refined oil sebagai bahan baku mengakibatkan biaya produksi biodiesel enzimatis menjadi sangat mahal dibandingkan dengan biaya produksi bahan bakar fosil pada umumnya. Kajian penggunaan ulang enzim dalam hal ini

Lipozyme untuk menghasilkan biodiesel menggunakan Crude Palm Oil (CPO)

sebagai bahan baku telah dilakukan. Dilakukan proses degumming terhadap

Crude Palm Oil (CPO) Sebagai pretreatment untuk menghilangkan impurities

yang berupa gum dan senyawaan fosfatida. Proses degumming ternyata juga menurunkan kadar ALB (Asam Lemak Bebas) sebesar 14,33%. Proses degumming ini harus dilakukan karena gum dan senyawaan fosfatida teradsorp kuat pada permukaan Lipozyme. Dalam penelitian ini, disajikan hasil penelitian sintesis biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) dengan jalur interesterifikasi (penggunaan metil asetat sebagai aseptor asil) menggunakan Lipozyme yang dipakai ulang sebagai katalis dalam reaktor batch sehingga diperoleh biodiesel sebagai produk, yang dianalisis menggunakan Gas Chromatography (GC). Sebagai kajian dalam penelitian ini, dibahas mengenai penurunan aktivitas enzim lipase yang dipakai ulang dilihat dari perolehan yield biodiesel. Penurunan aktivitas enzim lipase terbaik yang diperoleh pada penelitian ini yaitu sebanyak 16,76% setelah digunakan sebanyak 3 kali dengan kondisi rasio molar 1:4, suhu reaksi 45 oC dan Lipozyme sebanyak 26%. Pengaruh rasio molar Crude Palm Oil

(CPO) dan jumlah Lipozyme yang digunakan diselidiki sebagai penyebab terjadinya penurunan aktivitas enzim setelah digunakan ulang.

Kata kunci : CPO, Lipozyme, biodiesel enzimatis, penggunaan ulang enzim, penurunan aktivitas lipase

ABSTRACT

Synthesis of biodiesel using immobilized lipase is promising because of its ability to fix the disadvantages of using an alkali catalyst such as non-occurrence of side reactions (formation of soap) and separation of the catalyst from product more easily, and most significant advantage is that it could be recycle. Usually, enzymatic biodiesel production has been studied by previous researchers using refined oil as feedstock. Cost of biodiesel produced from refined oil is higher than fossil fuel. Recycled Lipozyme to produced biodiesel from Crude Palm Oil (CPO) as feedstock has been investigated. Degumming process for crude palm oil as a pretreatment has done to removed impurities in form of gum and phosphatides compound Degumming process was also decreased content of FFA reaches 14.33 %. Degumming process has to be done because gum and phosphatides compounds strongly adsorbed on the surface of Lipozyme . In this research, synthesis of biodiesel from Crude Palm Oil (CPO) through interesterification (using of methyl acetate as acyl acceptor) and recycled lipozyme as catalysts in a batch reactor to obtain biodiesel as product were analyzed using Gas Chromatography (GC). As a study in this research, discussed the decreasing of lipase activity while recycled that seen from the acquisition yield of biodiesel as a result. The best result showed that decreasing lipase activity obtained in this research was 16.76 % after 3 times with the conditions of 1:4 molar ratio, temperature of reaction 45 ° C and amount of Lipozyme was 26%. The effect of molar ratio and amount of Lipozyme were investigated as the cause of decrease in enzyme activity after recycled.

Keywords : CPO, Lipozyme, enzymatic biodiesel, recycled enzyme, decreasing of lipase activity

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

PENGESAHAN ii

PRAKATA iii

DEDIKASI iv

RIWAYAT HIDUP PENULIS vi

ABSTRAK vi

ABSTRACT vii

DAFTAR ISI vii

DAFTAR GAMBAR xi

DAFTAR TABEL xiv

DAFTAR LAMPIRAN xv

DAFTAR SINGKATAN xvii

DAFTAR SIMBOL xviii

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 LATAR BELAKANG 1

1.2 PERUMUSAN MASALAH 2

1.3 TUJUAN PENELITIAN 2

1.4 MANFAAT PENELITIAN 3

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1 BIODIESEL 5

2.2 PROSES SINTESIS BIODIESEL 7

2.2.1 Proses Transesterifikasi 7

2.2.2 Proses Interesterifikasi 8

2.3 ENZIM LIPASE 9

2.4 IMOBILISASI ENZIM 11

2.4.1 Metode Adsorpsi 13

2.4.2 Metode Penjeratan dan Pengkapsulan 13

2.5 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 19

3.4.1 Prosedur Degumming CPO 19

3.4.2 Prosedur Utama 19

3.4.3 Prosedur Analisis 20

3.4.3.1 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan 20 Metode Hidrolisis

3.4.3.2 Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku 20 CPO dengan Metode Tes AOCS Official Method Ca 5a-40

3.4.3.3 Analisis Komponen Asam Lemak Dalam Bahan 21 Baku CPO dan Biodiesel yang dihasilkan

menggunakan GCMS

3.4.3.4 Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan 21 dengan Metode Tes ASTM D 445

3.4.3.5 Analisis Densitas Biodiesel yang dihasilkan dengan 21 Metode Tes OECD 109

3.4 FLOWCHART PENELITIAN 22

3.5.1 Flowchart Prosedur Degumming CPO 22

3.5.2 Flowchart Prosedur Utama 22

3.5.3 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis 23 3.5.4 Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku CPO 24

dengan Metode Tes AOCS Official Method Ca 5a-40

3.5.5 Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan dengan 25 Metode Tes ASTM D 445

3.5.6 Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan dengan 25 Metode Tes OECD 109

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 26

4.1 ANALISIS BAHAN BAKU CPO (CRUDE PALM OIL) 26

4.2.1 Pengaruh Rasio Molar Reaktan Terhadap Penurunan Yield 32 Biodiesel Akibat Pemakaian Ulang (Recycle)Lipozyme

4.2.2 Pengaruh Jumlah Biokatalis Terhadap Penurunan Yield 33 Akibat Pemakaian Ulang (Recycle) Lipozyme

4.3 ANALISIS AKTIVITAS ENZIM LIPOZYME 35

4.4 SIFAT FISIK DARI BIODIESEL 36

4.4.1 Analisis Densitas 36

4.4.2 Analisis Viskositas Kinematik 36

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 38

5.1 KESIMPULAN 38

5.2 SARAN 38

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1 Reaksi Transesterifikasi Trigliserida dengan Metanol 8 Gambar 2.2 Reaksi Interesterifikasi Trigliserida dengan Metil Asetat 9

Gambar 2.3 Bagan Struktur Molekul Enzim 10

Gambar 2.4 Mekanisme Kerja Enzim 10

Gambar 2.5 Mekanisme Kinerja Lipase Terimobilisasi 12 Gambar 2.6 Imobilisasi Enzim dengan Metode Adsorpsi 13 Gambar 2.7 Imobilisasi Enzim dengan Metode Penjeratan dan 14

Pengkapsulan

Gambar 2.8 Imobilisasi Enzim dengan Metode Covalent Attachment 14 Gambar 3.1 Flowchart Prosedur Degumming CPO 22

Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Utama 23

Gambar 3.3 Flowchart Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode 23 Hidrolisis

Gambar 3.4 Flowchart Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku 24 CPO

Gambar 3.5 Flowchart Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan 25 Gambar 3.6 Flowchart Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan 25 Gambar 4.1 Analisis Kadar FFA terhadap CPO Sebelum dan Sesudah 26

Degumming

Gambar 4.2 Kromatogram Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak 27 CPO

Gambar 4.3 Reaksi Interesterifikasi Triasilgliserol Menggunakan Lipase 28 Spesifik sn-1,3 (A,B,C,X = Asam Lemak / Gugus Asil)

Gambar 4.4 Hubungan Jumlah Pemakaian Terhadap Perolehan Yield 30 Biodiesel

Gambar 4.5 Skema Sisi Aktif Lipozyme yang Tertutup oleh Inhibitor 31 Gambar 4.6 Pengaruh Rasio Molar Reaktan Terhadap Penurunan Yield 32

Biodiesel Akibat Pemakaian Ulang (Recycle) Biokatalis

Gambar 4.7 Variabel Korelasi Menggunakan Software SPSS 32 Gambar 4.8 Pengaruh Jumlah Biokatalis Terhadap Penurunan Yield 33

Biodiesel Akibat Pemakaian Ulang (Recycle) Biokatalis

Gambar 4.10 Diagram Aktivitas Enzim oleh Lipozyme Sebelum Pemakaian 35 dan Setelah Pemakaian III

Gambar L4.1 Proses Degumming CPO 53

Gambar L4.2 Proses Interesterifikasi 53

Gambar L4.3 Hasil Interesterifikasi 54

Gambar L4.4 Penyaringan Enzim 54

Gambar L4.5 Proses Destilasi 55

Gambar L4.6 (a) Biodiesel yang Dihasilkan, (b) Penyimpanan Biodiesel 55 dalam Botol

Gambar L4.7 (a) Lipozyme Sebelum Dipakai, (b) Lipozyme Setelah Dipakai, 55 (c) Analisis Aktivitas Enzim, (d) Penyimpanan Lipozyme

dalam Botol

Gambar L4.8 Analisis Densitas 56

Gambar L4.9 Analisis Viskositas 57

Gambar L5.1 Kromatogram Standar GC-MS CPO (Crude Palm Oil) 58 Gambar L5.2 Hasil Analisis Kromatogram GC-MS Asam Lemak CPO 59

(Crude Palm Oil)

Gambar L5.3 Kromatogram Standar GC Biodiesel 60

Gambar L5.4 Kromatogram Standar GC Biodiesel 61

Gambar L5.5 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1 Pemakaian I 62 Gambar L5.6 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1 Pemakaian II 63 Gambar L5.7 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1 Pemakaian III64 Gambar L5.8 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 2 Pemakaian I 65 Gambar L5.9 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 2 Pemakaian II 66 Gambar L5.10 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 2 67

Pemakaian III

Gambar L5.11 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 3 68 Pemakaian I

Gambar L5.12 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 3 69 Pemakaian II

Gambar L5.13 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 3 70 Pemakaian III

Gambar L5.14 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 4 71 Pemakaian I

Gambar L5.15 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 4 72 Pemakaian II

Gambar L5.16 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 4 73 Pemakaian III

Gambar L5.17 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 5 74 Pemakaian I

Gambar L5.18 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 5 75 Pemakaian II

Gambar L5.19 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 5 76 Pemakaian III

Gambar L5.20 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 6 77 Pemakaian I

Gambar L5.21 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 6 78 Pemakaian II

Gambar L5.22 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 6 79 Pemakaian III

Gambar L5.23 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 7 80 Pemakaian I

Gambar L5.24 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 7 81 Pemakaian II

Gambar L5.25 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 7 82 Pemakaian III

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1.1 State of The Art Penggunaan Enzim Lipase dalam Reaksi-Reaksi 1

Kimia

Tabel 1.2 State of The Art Sintesis Biodiesel Menggunakan Biokatalis 2 Tabel 2.1 Komposisi Kandungan Utama Crude Palm Oil (CPO) 6 Tabel 2.2 Perkembangan Volume dan Nilai Ekspor CPO Indonesia pada 7

Tahun 2000-2010

Tabel 2.3 Sifat Fisika dan Sifat Kimia Metil Asetat 9 Tabel 2.4 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kinerja Enzim Terimobilisasi 12

Tabel 3.1 Rancangan Percobaan Penelitian 18

Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari CPO (Crude Palm Oil) 28 Tabel 4.2 Komposisi Asam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh 29

Tabel 4.3 Hasil Analisis Densitas Biodiesel 36

Tabel 4.4 Hasil Analisis Viskositas Biodiesel 37

Tabel 4.5 Viskositas Kinematik Biodiesel 37

Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak CPO 46

Tabel L1.2 Komposisi Trigliserida CPO 46

Tabel L1.3 Kadar Free Fatty Acid (FFA) CPO 47

Tabel L.2.1 Hasil Analisis Densitas Biodiesel 48

Tabel L.2.2 Hasil Analisis Viskositas Biodiesel 48 Tabel L.2.3 Hasil Yield dan Total Penurunan Yield Biodiesel 48 Tabel L.2.4 Hasil Analisis Aktivitas Enzim Berdasarkan Persen

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU 44

L1.1 KOMPOSISI TRIGLISERIDA ASAM LEMAK 44 BAHAN BAKU CPO HASIL ANALISIS GCMS

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 ANALISIS DENSITAS BIODIESEL 46 L2.2 DATA HASIL ANALISIS VISKOSITAS KINEMATIKA 46

BIODIESEL

L2.3 DATA YIELD DAN TOTAL PENURUNAN YIELD 46 BIODIESEL

L2.4 DATA HASIL ANALISIS AKTIVITAS ENZIM 47 BERDASARKAN PERSEN HIDROLISA CPO

LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN 48

L3.1 PERHITUNGAN KADAR FFA CPO 48

L3.1.1 Perhitungan Kadar FFA CPO SebelumDegumming 48 L3.1.2 Perhitungan Kadar FFA CPO Setelah Degumming 48 L3.2 PERHITUNGAN KEBUTUHAN METIL ASETAT 49

L3.3 PERHITUNGAN DENSITAS BIODIESEL 50

L3.4 PERHITUNGAN VISKOSITAS BIODIESEL 50

L3.5 PERHITUNGAN YIELD BIODIESEL 51

L3.5.1 Perhitungan Yield Biodiesel tanpa Degumming 51 L3.5.2 Perhitungan Yield Biodiesel dengan Degumming 51 L3.6 PERHITUNGAN PERSEN HIDROLISA CPO 51

LAMPIRAN 4 DOKUMENTASI PENELITIAN 53

L4.1 PROSES DEGUMMING CPO 53

L4.2 PROSES INTERESTERIFIKASI 53

L4.3 HASIL INTERESTERIFIKASI 54

L4.4 PENYARINGAN ENZIM 54

L4.6 PRODUK AKHIR BIODIESEL 55

L4.7 ANALISIS AKTIVITAS ENZIM 56

L4.8 ANALISIS DENSITAS 56

L4.9 ANALISIS VISKOSITAS 57

LAMPIRAN 5 HASIL ANALISIS BAHAN BAKU CPO DAN 58 BIODIESEL

L5.1 HASIL ANALISIS KOMPOSISI ASAM LEMAK CPO 58

DAFTAR SINGKATAN

ASTM American Society for Testing and Material

(ASTM)

OECD Organization for Economic Co-operation and Development

ESDM Energi dan Sumber Daya Minyak

BBM Bahan Bakar Minyak

PLTD Pembangkit Listrik Tenaga Diesel

BM Berat Molekul

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

PKS Pusat Penelitian Kelapa Sawit

rpm Rotary per minute

SNI Standar Nasional Indonesia

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

Sintesis biodiesel menggunakan enzim lipase terimobilisasi cukup menjanjikan karena kemampuannya yang dapat memperbaiki kelemahan penggunaan katalis alkali seperti tidak terjadinya reaksi samping (terbentuknya sabun) dan pemisahan katalis dengan produk lebih mudah serta keuntungan yang paling signifikan yaitu dapat dipakai ulang. Umumnya produksi biodiesel enzimatis yang telah dikaji oleh peneliti sebelumnya menggunakan refinedoil sebagai bahan baku sedangkan penggunaan refined oil sebagai bahan baku mengakibatkan biaya produksi biodiesel enzimatis menjadi sangat mahal dibandingkan dengan biaya produksi bahan bakar fosil pada umumnya. Kajian penggunaan ulang enzim dalam hal ini

Lipozyme untuk menghasilkan biodiesel menggunakan Crude Palm Oil (CPO)

sebagai bahan baku telah dilakukan. Dilakukan proses degumming terhadap

Crude Palm Oil (CPO) Sebagai pretreatment untuk menghilangkan impurities

yang berupa gum dan senyawaan fosfatida. Proses degumming ternyata juga menurunkan kadar ALB (Asam Lemak Bebas) sebesar 14,33%. Proses degumming ini harus dilakukan karena gum dan senyawaan fosfatida teradsorp kuat pada permukaan Lipozyme. Dalam penelitian ini, disajikan hasil penelitian sintesis biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) dengan jalur interesterifikasi (penggunaan metil asetat sebagai aseptor asil) menggunakan Lipozyme yang dipakai ulang sebagai katalis dalam reaktor batch sehingga diperoleh biodiesel sebagai produk, yang dianalisis menggunakan Gas Chromatography (GC). Sebagai kajian dalam penelitian ini, dibahas mengenai penurunan aktivitas enzim lipase yang dipakai ulang dilihat dari perolehan yield biodiesel. Penurunan aktivitas enzim lipase terbaik yang diperoleh pada penelitian ini yaitu sebanyak 16,76% setelah digunakan sebanyak 3 kali dengan kondisi rasio molar 1:4, suhu reaksi 45 oC dan Lipozyme sebanyak 26%. Pengaruh rasio molar Crude Palm Oil

(CPO) dan jumlah Lipozyme yang digunakan diselidiki sebagai penyebab terjadinya penurunan aktivitas enzim setelah digunakan ulang.

Kata kunci : CPO, Lipozyme, biodiesel enzimatis, penggunaan ulang enzim, penurunan aktivitas lipase

ABSTRACT

Synthesis of biodiesel using immobilized lipase is promising because of its ability to fix the disadvantages of using an alkali catalyst such as non-occurrence of side reactions (formation of soap) and separation of the catalyst from product more easily, and most significant advantage is that it could be recycle. Usually, enzymatic biodiesel production has been studied by previous researchers using refined oil as feedstock. Cost of biodiesel produced from refined oil is higher than fossil fuel. Recycled Lipozyme to produced biodiesel from Crude Palm Oil (CPO) as feedstock has been investigated. Degumming process for crude palm oil as a pretreatment has done to removed impurities in form of gum and phosphatides compound Degumming process was also decreased content of FFA reaches 14.33 %. Degumming process has to be done because gum and phosphatides compounds strongly adsorbed on the surface of Lipozyme . In this research, synthesis of biodiesel from Crude Palm Oil (CPO) through interesterification (using of methyl acetate as acyl acceptor) and recycled lipozyme as catalysts in a batch reactor to obtain biodiesel as product were analyzed using Gas Chromatography (GC). As a study in this research, discussed the decreasing of lipase activity while recycled that seen from the acquisition yield of biodiesel as a result. The best result showed that decreasing lipase activity obtained in this research was 16.76 % after 3 times with the conditions of 1:4 molar ratio, temperature of reaction 45 ° C and amount of Lipozyme was 26%. The effect of molar ratio and amount of Lipozyme were investigated as the cause of decrease in enzyme activity after recycled.

Keywords : CPO, Lipozyme, enzymatic biodiesel, recycled enzyme, decreasing of lipase activity

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Dewasa ini perkembangan dari penggunaan enzim lipase dalam reaksi-reaksi kimia cukup meluas dengan adanya berbagai penelitian yang telah dilakukan sebelumnya seperti yang disajikan dalam tabel 1.1 berikut:

Tabel 1.1 State of The Art Penggunaan Enzim Lipase dalam Reaksi-Reaksi Kimia

Enzim Reaksi Peneliti Tahun

Lipase

Asidolisis Istiqamah, Tatik [1] 1998 Alkoholisis Ardhian, David [2] 1998

Hidrolisis Nasution, Nivi Maharani [3]

2001 Transesterifikasi Halim, et al., [4] 2009 Interesterifikasi Ognjanovic, et al., [5] 2009

Penggunaan enzim lipase sebagai biokatalis untuk sintesis biodiesel memiliki prospek yang menguntungkan karena dapat memperbaiki kelemahan katalis basa yaitu tidak bercampur homogen sehingga pemisahannya mudah dan mampu mengarahkan reaksi secara spesifik tanpa adanya reaksi samping yang tidak diinginkan [6].

Adapun kekurangan produksi biodiesel menggunakan katalis enzimatis yang dihadapi sampai saat ini masih terkendala dengan tingginya biaya produksi. Oleh karena itu, dengan mengimobilisasi enzim memungkinkan untuk penggunaan kembali katalis sehingga membuat produksi biodiesel secara enzimatis lebih menarik untuk industri biodiesel. Tujuan imobilisasi dari enzim ini adalah untuk meningkatkan sifat-sifat seperti thermostability dan aktivitas pada media bukan larutan serta untuk meningkatkan penangan, pemulihan dan daur ulang biokatalis, yang dimana hal tersebut sangat mengurangi biaya produksi biodiesel yang mahal [7].

Masalah yang juga dihadapi produksi biodiesel enzimatik adalah ketika menggunakan senyawa alkohol sebagai reaktan (jalur transesterifikasi) menyebabkan efek inaktivasi biokatalis dan adsorbsi gliserol pada permukaan lipase yang terimobilisasi [7].

Pada penelitian-penelitian sebelumnya, umumnya bahan baku yang digunakan untuk memproduksi biodiesel menggunakan minyak nabati yang sumber bahan bakunya cukup mahal serta kadar pengotornya rendah seperti minyak biji bunga matahari, minyak kedelai dll. Souza et al., 2012 menggunakan minyak kedelai sebagai bahan baku menggunakan biokatalis Lipozyme menghasilkan yield biodiesel sebesar 29% [8]. Yield yang diperoleh oleh Souza et al., 2012 cukup kecil, sehingga pada penelitian ini dipilih bahan baku yang ekonomis yaitu CPO dengan tujuan untuk mendapatkan hasil yang lebih baik dari penelitian-penelitian yang sebelumnya.

Beberapa hasil penelitian tentang sintesis biodiesel dengan menggunakan biokatalis dapat dipaparkan pada tabel 1.2 berikut:

Tabel 1.2 State of The Art Sintesis Biodiesel Menggunakan Biokatalis Biokatalis Minyak Akseptor

Asil Waktu

Jumlah

Biokatalis Yield Referensi Novozym

435

Minyak

Sapi 2-Butanol 16 jam 10% 96,4%

Nelson, et al., 1996 [9] Novozym

435

Minyak

Kedelai Metil Asetat 14 jam 30% 92 %

Du, et al., 2004 [10] Novozym

435

Unrefined

Palm Oil Metanol

2-10

jam 4%

91-92 %

Talukder, et al., 2009 [11] Novozym

435

Minyak Biji Bunga

Matahari

Metil Asetat 8 jam 3% >95%

Ognjanovic, et al., 2009

[5] Novozym

435

Minyak

Kedelai Etanol 8 jam 20% 93%

Brusamarelo, et al., 2010

[12] Lipozyme Minyak

Kedelai Etanol 4 jam 5% 29%

Souza et al., 2012 [8]

Atas dasar pemikiran yang telah dipaparkan, maka penulis ingin melakukan penelitian penggunaan enzim lipase terimobilisasi sebagai katalis dalam sintesis biodiesel sawit melalui reaksi interesterifikasi untuk mendapatkan informasi penting terkait intensitas penggunaan ulang (recycle) dari enzim lipase yang terimobilisasi sehingga metode ini nantinya dapat dikembangkan untuk skala industri.

1.2PERUMUSAN MASALAH

Adapun perumusan masalah dalam penelitian ini adalah :

1. Bagaimana pengaruh penggunaan ulang (recycle) terhadap yield biodiesel yang diperoleh. .

2. Berapa besar penurunan aktivitas enzim lipase terimobilisasi dalam penggunaan ulang (recycle) untuk sintesis biodiesel.

1.3TUJUAN PENELITIAN

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Mengkaji pengaruh penggunaan ulang (recycle) enzim lipase terimobilisasi sebagai katalis terhadap yield biodiesel yang dihasilkan. 2. Mengkaji hubungan penggunaan ulang (recycle) dengan penurunan

aktivitas enzim lipase terimobilisasi dalam sintesis biodiesel.

1.4MANFAAT PENELITIAN

Manfaat dari penelitian yang dilakukan adalah

1. Untuk memperoleh informasi mengenai kemungkinan penggunaan ulang (recycle) dalam sintesis biodiesel sawit melalui reaksi interesterifikasi. 2. Untuk memperoleh informasi mengenai aktivitas enzim lipase

terimobilisasi yang dipakai ulang pada reaksi interesterifikasi.

3. Untuk memberikan informasi dasar kelayakan proses untuk sintesis biodiesel.

4. Untuk meningkatkan nilai ekonomis dari Crude Palm Oil (CPO) yang merupakan produk dasar dari perkebunan kelapa sawit.

1.5RUANG 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

asetat, dan Lipozyme.

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

- Pemakaian ulang biokatalis sebanyak 3 kali - Jumlah biokatalis : 10 % - 30 %* [13] - Rasio mol reaktan : 1:3 – 1:9* [14] - Suhu reaksi : 40 oC – 60 oC* [15] Sedangkan variabel tetap nya adalah

- Waktu reaksi : 10 jam [10] - Kecepatan pengadukan: 150 rpm [16] Analisis yang dilakukan adalah :

1. Analisis kadar Free Fatty Acid (FFA) bahan baku CPO Metode Tes AOCS

Official Method Ca 5a-40

2. Analisis aktivitas enzim lipase dengan metode hidrolisis.

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

4. Analisis viskositas biodiesel yang dihasilkan dengan metode tes ASTM D 445

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 BIODIESEL

Biodiesel merupakan salah satu bahan bakar alternatif yang sedang dikembangkan. Secara konvensional pembuatan biodiesel disintesis melalui reaksi transesterifikasi dengan menggunakan katalis homogen. Tetapi penggunaan katalis homogen menimbulkan beberapa masalah, seperti susahnya proses pemurnian produk biodiesel sehingga biaya produksinya pun akan tinggi. Secara teknis biodiesel merupakan sumber daya yang dapat diperbaharui karena pada umumnya dapat diekstrak dari berbagai hasil produk pertanian seperti minyak kacang kedelai, minyak kelapa, minyak bunga matahari maupun minyak sawit. Biodiesel merupakan bahan bakar berbasis non-petruleum yang diperoleh dari transesterifikasi trigliserida maupun esterifikasi asam lemak bebas (Free Fatty

Acids/FFAs) menggunakan alkohol dengan berat molekul yang rendah. Biodiesel

atau fatty acid methyl esters dapat dipergunakan dengan mudah karena dapat bercampur dengan segala komposisi dengan minyak solar sebab memiliki sifat-sifat fisik yang mirip dengan solar biasa sehingga dapat diaplikasikan langsung untuk mesin-mesin diesel tanpa perlu modifikasi yang signifikan terhadap mesin tersebut. Sebagai perbandingan, biodiesel murni menghasilkan energi sekitar 90% seperti yang dihasilkan solar, sehingga unjuk kerja mesin yang diharapkan pun hampir sama dalam hal torsi mesin dan daya kuda [17].

Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif yang menjanjikan yang dapat diperoleh dari minyak bekas, lemak binatang, atau minyak tumbuhan yang telah dikonversi menjadi Methyl Ester melalui proses transeseterifikasi dengan alkohol. Biodiesel memberikan sedikit polusi dibandingkan bahan bakar petroleum dan dapat digunakan tanpa modifikasi ulang mesin diesel [18].

Biodiesel dapat diproduksi secara katalis dan non-katalis. Katalis yang biasa digunakan dapat digolongkan kedalam kedalam tiga jenis yaitu katalis enzim, katalis asam, atau katalis basa. Contoh dari katalis basa yang biasa digunakan adalah natrium hidroksida (NaOH) atau kalium hidroksida (KOH), contoh katalis

asam adalah asam sulfat (H2SO4), sedangkan untuk katalis enzim adalah enzim lipase. 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 [19].

Salah satu minyak nabati potensial yang dapat dijadikan sebagai sumber bahan baku biodiesel adalah minyak sawit mentah (Crude Palm Oil) dimana CPO ini sudah cukup komersial dan Indonesia sudah menjadi negara penghasil CPO kedua terbesar di dunia [20]. Adapun, potensi CPO sebagai bahan baku biodiesel dapat dilihat berdasarkan komposisi kandungan CPO itu sendiri seperti yang dijelaskan pada tabel 2.1 berikut:

Tabel 2.1 Komposisi Kandungan Utama Crude Palm Oil (CPO) [21]

Konstituen Jumlah

Trigliserida 95 %

Free Fatty Acids (FFA) 2 – 5 %

Moisture & Impurities 0,5 – 3 %

Crude palm oil mengandung asam-asam lemak tidak jenuh dalam jumlah sedikit dibandingkan minyak nabati lainnya. Berdasarkan kandungan asam lemaknya CPO digolongkan ke dalam minyak asam oleat, karena kandungan asam oleatnya yang paling besar dibandingkan dengan asam lemak lainnya [21].

Indonesia adalah negara penghasil CPO terbesar pada tahun 2011 dengan produksi sebesar 23 juta ton per tahun. Pola peningkatan permintaan CPO untuk ekspor maupun konsumsi domestik menunjukkan bahwa komoditas non migas ini memiliki potensi untuk dikembangkan. Konsumsi negara-negara tujuan ekspor rata-rata meningkat dengan laju 26,97% dari tahun 1980-2010. Tahun 2010 ekspor CPO sebesar 16.480.000 ton. Konsumsi domestik CPO tercatat juga mengalami kenaikkan dari tahun ke tahun, sampai bulan Agustus tahun 2010 konsumsi CPO dalam negeri tetap mengalami kenaikkan hingga 5.240.000 ton [22].

Indonesia sebagai salah satu negara eksportir CPO terbesar di dunia telah mengekspor CPO sejak pelita I sampai pelita II (1969-1978) dengan peningkatan produksi maupun volume ekspor mencapai 72-99 persen dari total produksi yang

dihasilkan. Peningkatan volume ekspor tersebut secara langsung dipengaruhi oleh tingginya konsumsi CPO dunia sebagai salah satu minyak nabati dengan pertumbuhan sebesar 14,21 persen per tahun melampaui volume perdagangan jenis minyak nabati lainnya [23]. Adapun perkembangan ekspor CPO Indonesia tahun 2000-2010 dilihat pada tabel 2.2 berikut:

Tabel 2.2 Data Volume dan Nilai Ekspor CPO Indonesia pada Tahun 2001-2013 [24] Tahun Nilai Ekspor (US $) Volume Ekspor (kg)

2001 476.438.245 1.817.644.367

2002 406.409.025 1.849.142.144

2003 891.998.644 2.804.792.251

2004 1.061.214.890 2.892.130.288

2005 1.444.421.828 3.819.926.626

2006 1.593.295.437 4.565.624.657

2007 1.993.666.661 5.199.286.871

2008 3.738.651.552 5.701.286.129

2009 6.561.330.490 7.904.178.630

2010 5.702.126.189 9.566.746.050

2011 7.649.965.932 9.444.170.400

2012 6.948.103.408 7.252.519.443

2013 4.978.532.881 6.584.732.226

2.2 PROSES SINTESIS BIODIESEL

Proses sintesis biodiesel jika ditinjau dari donor gugus asilnya dapat dibedakan menjadi dua proses yaitu:

2.2.1 Proses Transesterifikasi

Transesterifikasi adalah proses yang mereaksikan trigliserida dalam minyak nabati atau lemak hewani dengan alkohol rantai pendek yang menghasilkan metil ester asam lemak (Fatty Acid Methyl Esters / FAME) atau biodiesel dan gliserol (gliserin) sebagai produk samping. Transesterifikasi merupakan reaksi perubahan dari suatu ester ke tipe ester yang lain. Ester adalah rantai hidrokarbon yang akan terikat dengan molekul yang lain. Molekul minyak nabati terdiri dari tiga ester yang menempel pada satu molekul gliserin. Sekitar 20% dari minyak nabati adalah gliserin. Gliserin pada minyak nabati mempunyai viskositas yang tinggi dan berubah-ubah terhadap temperatur. Pada proses transesterifikasi, gliserin diganti kedudukannya oleh alkohol. Pada dasarnya molekul trigliserida merupakan triester dari gliserol. Mono dan digliserida dapat diperoleh dari trigliserida dengan mensubstitusi dua dan satu asam lemak sebagian dengan gugus

hidroksil. Pada saat ini alkohol rantai pendek yang sering digunakan adalah metanol karena harganya murah dan reaktivitasnya tinggi [17].

Adapun skema reaksi transesterifikasi untuk menghasilkan metil ester (biodiesel) disajikan pada gambar 2.1 :

Gambar 2.1 Reaksi Transesterifikasi Trigliserida dengan Metanol [17] 2.2.2 Proses Interesterifikasi

Reaksi interesterifikasi adalah suatu cara untuk mengubah struktur dan komposisi minyak dan lemak melalui penukaran gugus radikal asil di antara trigliserida dan asam alkohol (alkoholisis), lemak (asidolisis), atau ester (transesterifikasi). Interesterifikasi tidak mempengaruhi derajat kejenuhan asam lemak atau menyebabkan terjadinya isomerisasi asam lemak yang memiliki ikatan ganda. Jadi dapat dikatakan bahwa reaksi interesterifikasi tidak akan mengubah sifat dan profil asam lemak yang ada, tetapi mengubah profil lemak dan minyak karena memiliki susunan trigliserida yang berbeda dari trigliserida awalnya [25].

Pada interesterifikasi trigliserida dapat digunakan aseptor asil seperti metil asetat. Reaksi interesterifikasi trigliserida dengan metil asetat ini menghasilkan triasetilgliserol dan asam lemak metil ester, bukan gliserol seperti esterifikasi dan

transesterikasi dengan alkohol. Keuntungan triasetilgliserol yang dihasilkan tidak berefek pada aktifitas lipase yang merupakan salah satu kelebihan dengan mekanisme interesterifikasi ini [19].

Adapun skema reaksi interesterifikasi untuk menghasilkan metil ester (biodiesel) disajikan pada gambar 2.2 :

Gambar 2.2 Reaksi Interesterifikasi Trigliserida dengan Metil Asetat [26] Untuk proses interesterifikasi, dapat digunakan metil asetat sebagai donor gugus asil. Metil asetat merupakan sumber alkil yang menggantikan metanol dalam produksi biodiesel, dimana dengan penggantian ini menjadikan reaksi pembentukan biodiesel berupa reaksi interesterifikasi yang menghasilkan biodiesel dan triasilgliserol [27].

Keuntungan metil asetat yang menggantikan metanol sebagai penyuplai gugus metil adalah untuk mampu mencegah deaktivasi dan meningkatkan stabilitas biokatalis selama berlangsungnya proses reaksi_.

Tabel 2.3 Sifat Fisika dan Sifat Kimia Metil Asetat [28]

Sifat Fisika Sifat Kimia

Berwujud Cair Tidak bersifat korosif Berat Molekul : 74,08 g/mol Stabil pada suhu kamar

Titik Didih : 570C Larut dalam air Titik Leleh : - 98,050C Reaktif terhadap alkali

Spesific Graviti : 0,92 Larut dalam metanol 2.3 ENZIM LIPASE

Enzim adalah suatu protein yang bertindak sebagai katalisator reaksi biologi (biokatalisator) [29]. Enzim yang strukturnya sempurna dan aktif mengkatalisis, bersama-sama dengan koenzim atau gugus logamnya disebut holoenzim. Secara ringkas struktur sebuah enzim yang aktif dapat dilihat pada bagan di bawah ini:

Gambar 2.3 Bagan Struktur Molekul Enzim [30]

Substrat berikatan dengan sisi aktif suatu enzim melalui beberapa bentuk ikatan kimia yang lemah (misalnya interaksi elektrostatik, ikatan hidrogen, ikatan van der Waals, dan interaksi hidrofobik). Setelah berikatan dengan bagian sisi aktif enzim, substrat bersama-sama enzim kemudian membentuk suatu kompleks enzim-substrat, selanjutnya terjadi proses katalisis oleh enzim untuk membentuk produk. Ketika produk sudah terbentuk enzim menjadi bebas kembali untuk selanjutnya bereaksi kembali dengan substrat [30].

Gambar 2.4 Mekanisme Kerja Enzim [30]

Lipase adalah enzim yang mengkatalisis reaksi hidrolisis ester karboksilat pada molekul triasilgliserol untuk membentuk asam lemak bebas, di-dan monogliserida dan gliserol. Selain untuk mengkatalisis reaksi hidrolisis ester karboksilat, lipase juga dapat mengkatalisis reaksi esterifikasi, penghubung alkohol antara gugus hidroksil dan gugus karboksil dari asam karboksilat. Oleh karena itu, mereka dapat mengkatalisis, hidrolisis, alkoholisis, esterifikasi dan transesterifikasi. sehingga mereka memiliki spektrum yang luas dari aplikasi bioteknologi. Lipase juga sangat spesifik sebagai kemo-, regio-katalis dan enantioselektif. Berkat adanya evolusi langsung dan rekayasa protein, ini memungkinkan untuk meningkatkan potensi katalitik lipase dan untuk menyesuaikan mereka pada aplikasi dan kondisi proses tertentu, serta memungkinkan perluasan penggunaan lebih lanjut pada industri [7].

Di antara lipase dari tanaman, hewan dan mikroba, yang paling sering digunakan adalah lipase mikroba. Lipase mikroba memiliki banyak keunggulan dibandingkan lipase dari hewan dan tumbuhan. Penggunaan mikroorganisme memungkinkan untuk mendapatkan enzim lipase dalam jumlah yang banyak dengan sifat yang diinginkan untuk konversi lemak dan minyak alami menjadi biodiesel [7].

Penggunaan lipase sebagai biokatalis memungkinkan untuk sintesis alkil ester secara spesifik, pemurnian gliserol yang mudah dan reaksi transesterifikasi gliserida dengan kandungan free fatty acid (FFA) yang tinggi [9].

2.4 IMOBILISASI ENZIM

Imobilisasi enzim adalah kurungan enzim untuk fase (matriks/dukungan) berbeda antara substrat dan produk. Enzim terimobilisasi dengan efisiensi fungsional dan reproduktifitas yang ditingkatkan digunakan sebagai alternatif untuk mengurangi biaya yang mahal. Biokatalis terimobilisasi dapat berupa enzim atau seluruh sel.. Polimer inert dan bahan organik biasanya digunakan sebagai pembawa matriks karena keuntungannya yang bisa bertahan lama karena bentuk dan kekuatan fisik yang kuat dibandingkan dengan matrik pembawa lain seperti gel atau yang lainnya. Selain terjangkau, matriks yang ideal harus mencakup karakteristik seperti inertness, kekuatan fisik, stabilitas, regenerability, kemampuan untuk meningkatkan kekhususan dan aktivitas enzim dan mengurangi produk inhibisi, adsorpsi spesifik dan cemaran mikroba. Imobilisasi menghasilkan operasi ekonomi berkelanjutan, otomatisasi, rasio investasi/kapasitas yang tinggi dan pemulihan produk dengan kemurnian yang jauh lebih besar [31]. Kinerja enzim terimobilisasi dipengaruhi oleh berbagai macam faktor guna untuk menunjang agar selalu aktif untuk mengkatalisis suatu reaksi. Adapun berbagai yang mempengaruhi kinerja enzim terimobilisasi disajikan dalam tabel 2.4 berikut:

Tabel 2.4 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kinerja Enzim Terimobilisasi [31]

Faktor Efek pada Imobilisasi

Partisi Hidrofobik Peningkatan laju reaksi dari substrat hidrofobik

Mikro Pembawa Hidrofobik alami mennyetabilkan enzim

Kendala Difusi Aktivitas enzim yang menurun dan stabilitas meningkat Struktur alami pembawa seperti ukuran

pori

Retensi aktivitas tergantung pada ukuran pori

Kehadiran substrat dan inhibitor Retensi aktivitas yang cukup tinggi Perlakuan fisik Meningkatkan kinerja enzim Mekanisme kinerja lipase terimobilisasi dan proses inhibisi dapat dijelaskan dengan gambar berikut:

Gambar 2.5 Mekanisme Kinerja Lipase Terimobilisasi [32]

Pada gambar 2.5 dapat dilihat mekanisme kinerja lipase terimobilisasi. Substrat dalam keadaan bebas masuk ke bagian aktif enzim yang terimobilisasi sehingga terjadi ikatan antara substrat dan enzim untuk menghasilkan produk. Selain itu, pada gambar 2.5 juga menjelaskan inhibitor yang menutupi bagian aktif enzim terimobilisasi sehingga substrat tidak dapat masuk ke bagian aktif enzim.

Imobilisasi enzim terbagi menjadi beberapa macam yang dibagi berdasarkan metode imobilisasinya seperti berikut, metode adsorpsi menggunakan pembawa yang tidak larut dalam air seperti derivate polisakarida, polimer sintetik dan kaca. Pada metode cross-linking, digunakan reagen multifungsi seperti glutaraldehid, bisdiobenzidin dan hexametilena diisosianat. Polimer seperti kolagen, selulosa dan k-carrageenan digunakan pada metode entrapment,

(a) Reaction Substrate

Enzyme

Active site

Enzyme binds substrate Enzyme conditions products (b)Inhibiton

Inhibitor

Enzyme

Active

Enzyme binds inhibitor Inhibitor compounds With substrate

sedangkan metode kurungan membran mencakup perumusan liposom dan mikrokapsul [31].

2.4.1 Metode Adsorpsi

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

Gambar 2.6 Imobilisasi Enzim dengan Metode Adsorpsi [34]

Pada gambar 2.6 dapat dilihat enzim teradsorp pada permukaan partikel pembawa melalui ikatan hidrogen, hubungan garam, dan gaya Van der Waal antara enzim dan partikel pembawa.

2.4.2 Metode Penjeratan dan Pengkapsulan

Penjeratan melibatkan penangkapan enzim dalam matriks polimer, meskipun penjeratan enzim mengacu pada pembentukan membran seperti penghalang fisik sekitar enzim. Matriks biasanya terbentuk selama proses imobilisasi, dimana matriks yang terbentuk tidak memiliki muatan yang dapat mempengaruhi larutan dalam reaksi yang berlangsung. Enzim terperangkap dalam matriks gel seperti pada gambar 2.7 sehingga terkapsulasi. Kedua proses membutuhkan peralatan sederhana dan reagen yang relatif murah. Hal ini menyatakan bahwa enzim amobil dengan jeratan dan / atau enkapsulasi lebih stabil daripada metode adsorpsi fisik. Pada saat yang sama enzim amobil mempertahankan aktivitas dan stabilitasnya. Banyak bahan dan teknik telah

digunakan untuk menjerat dan / atau pengkapsulan lipase seperti k-carrageenan, silika gel, silika aerogel dll [33].

Gambar 2.7 Imobilisasi Enzim dengan Metode Penjeratan dan Pengkapsulan [34] Pada gambar 2.7 dapat dilihat enzim terperangkap dalam matriks sehingga enzim menjadi amobil. Enzim yang terperangkap tidak sepenuhnya tertutup oleh matriks, namun masih terdapat celah-celah yang menjadi sisi aktif untuk kerja enzim terhadap substrat.

2.4.3 Metode Covalent Attachment

Covalen Attachment merupakan hasil dari reaksi kimia antara residu asam

amino aktif diluar katalitik aktif dan bagian pengikat dari enzim, dan fungsi aktif dari pembawa. Meskipun rumit dan dipengaruhi kuat oleh sifat pembawanya,

covalen attachment seperti pada gambar 2.8 merupakan teknik yang paling efisien

untuk imobilisasi enzim. Beberapa pembawa yang digunakan untuk metode covalent attachment ini seperti resin, chitosan, silika, polimer dll [33].

Gambar 2.8 Imobilisasi Enzim dengan Metode Covalent Attachment [34]

Pada gambar 2.8 dapat dilihat enzim terikat pada pembawanya. Enzim dapat terikat pada pembawa nya akibat hasil dari reaksi kimia antara residu asam amino aktif pembawa dan bagian pengikat pada enzim.

2.5 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 [35] Harga Biodiesel = Rp 8400/ liter [35]

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

3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN

Penelitian dilakukan di Laboratorium Kimia Organik, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, 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. Crude Palm Oil (CPO)

2. Metil Asetat

3. Lipozyme

4. Aquadest (H2O)

5. Natrium Hidroksida (NaOH) 6. Etanol (C2H5OH)

7. Phenolftalein (C20H14O4)

8. Poly Vinyl Alcohol (PVA) Teknis

3.2.2Peralatan Penelitian

Pada penelitian ini peralatan yang digunakan antara lain: 1. Erlenmeyer

2. Magnetic Stirrer

3. Pemanas

4. Hot Plate

5. Shaker

6. Beaker Glass

7. Gelas Ukur 8. Neraca Digital 9. Batang Pengaduk 10.Termometer

11.Corong Gelas 12.Pipet Tetes 13.Statif dan Klem

14.Stopwatch

15.Piknometer

16.Viskosimeter Ostwald 17.Karet Penghisap 18.Buret

3.3 RANCANGAN PERCOBAAN

Penelitian ini dilakukan dengan mengulangi sebanyak 2 kali variabel acak dalam rancangan percobaan Melina. Adapun kombinasi perlakuan penelitian dapat dilihat pada tabel 3.1 berikut:

Tabel 3.1 Rancangan Percobaan Penelitian

No. Run

Kondisi Reaksi

Jumlah Pemakaian Suhu (oC)

Rasio Molar Reaktan Jumlah Biokatalis (b/b)

1 45 1:4 26

1 2 3

2 45 1:8 14

1 2 3

3 45 1:8 26

1 2 3

4 50 1:6 10

1 2 3

5 50 1:6 30

1 2 3

Tabel 3.1 Rancangan Percobaan Penelitian (Lanjutan)

6 50 1:9 20

1 2 3

7 60 1:6 20

1 2 3

3.4 PROSEDUR PENELITIAN 3.4.1 Prosedur Degumming CPO

Proses degumming CPO yang dilakukan diadopsi dari penelitian Hermanto & Sihotang (2013) [36] dengan prosedur sebagai berikut:

1. CPO sebanyak 300 gram dimasukkan ke dalam 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 dengan suhu 65 oC.

6. Campuran yang telah didestilasi kemudian dimasukkan ke dalam botol penyimpanan untuk dianalisis

7. Prosedur di atas diulangi dengan menggunakan ulang biokatalis

Lipozyme tersebut sebanyak 3 kali.

3.4.3 Prosedur Analisis

3.4.3.1Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis

Analisis aktivitas enzim lipase dengan metode hidrolisis diadopsi dari Maulana (2012) [6] dengan prosedur sebagai berikut:

1. 2 ml Crude Palm Oil (CPO) 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 CPO 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

3.4.3.2Analisis 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= N x V x BM berat sampel x 10 Dimana: N = normalitas larutan NaOH

V = volum larutan NaOH terpakai M = berat molekul FFA

3.4.3.3Analisis 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.

3.4.3.4Analisis 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 menggunakan peralatan utama yaitu viskosimeter Ostwald tube tipe kapiler,

viscosimeter holder dan bath pemanas pada 40oC. Termometer yang digunakan dengan ketelitian 0,02oC dan menggunakan stop watch dengan ketelitian 0,2 detik

3.4.3.5Analisis 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 40oC.

3.5 FLOWCHART PENELITIAN

3.5.1 Flowchart Prosedur Degumming CPO

Gambar 3.1 Flowchart Prosedur Degumming CPO

3.5.2 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

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

Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Utama

3.5.3 Flowchart Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis

Gambar 3.3 Flowchart Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis

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 dengan suhu 65 oC dan dimasukkan ke dalam botol penyimpanan

Dianalisis biodiesel yang dihasilkan

Mulai

2 ml Crude Palm Oil (CPO) 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 CPO

Reaksi hidrolisis ini dilangsungkan selama 1

Sampel sebanyak 2 ml diambil untuk dititrasi menggunakan NaOH 0,05 M

Nilai FFA kemudian dihitung

Selesai

3.5.4 Flowchart 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 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

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

Gambar 3.5 Flowchart Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan 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 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

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 ANALISIS BAHAN BAKU CPO (CRUDE PALM OIL)

Bahan baku yang digunakan pada penelitian ini adalah minyak sawit mentah atau CPO (Crude Palm Oil). 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 (FFA), tokoferol, pigmen dan senyawa lainnya [37]. Untuk kerja enzim lipase terimobilisasi (Lipozyme), adanya gum memungkinkan terjadinya penyumbatan pada pori-pori sebagai sisi aktif enzim sehingga kinerja lipase menjadi tidak maksimal.

Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan bahan baku berupa Crude

Palm Oil (CPO) yang telah di degumming. Degumming merupakan suatu proses

pemisahan getah atau lendir-lendir yang terdiri atas fosfatida, protein, residu, karbohidrat, air dan resin [38].

Pada penelitian ini, bahan baku yang telah di-degumming dianalisis kadar FFA dengan dibandingkan sebelum di-degumming. Gambar 4.1 berikut merupakan hasil analisis kadar FFA CPO sebelum dan setelah degumming.

Gambar 4.1 Analisis Kadar FFA terhadap CPO Sebelum dan Sesudah

Degumming 0 1 2 3 4 5

Sebelum Degumming Setelah Degumming

K a da r F F A Sebelum Degumming Setelah Degumming

Berdasarkan gambar 4.1, diperoleh penurunan kadar FFA setelah

degumming sebesar 14,33 %. Penurunan kadar FFA 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. Penelitian pendahuluan menggunakan bahan baku CPO tanpa degumming, diperoleh yield biodiesel sebesar 16,05 %, dimana perolehan yield ini jauh lebih kecil dibandingkan dengan menggunakan bahan baku CPO yang telah di-degumming. Perolehan yield yang lebih kecil ini disebabkan masih banyak pengotor berupa getah pada CPO sebelum degumming yang menghambat kerja lipase pada reaksi sintesis biodiesel. Berdasarkan hal tersebut maka proses degumming sebaiknya dilakukan sebagai pretreatment dalam penggunaan CPO sebagai bahan baku biodiesel secara enzimatis.

Selanjutnya, minyak sawit (CPO) ini dianalisis dengan menggunakan GC

(Gas Chromatography) untuk mengetahui komposisi asam-asam lemak yang

terkandung didalamnya dan untuk menghitung berat molekul CPO (dalam bentuk trigliserida).

Berikut merupakan komposisi asam lemak hasil analisis GC dari CPO yang ditunjukkan pada gambar 4.2

Dari hasil analisis pada gambar 4.2, maka diperoleh komposisi asam lemak CPO yang dapat dilihat 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) 0,05

2 16,301 Asam Miristat (C14:0) 0,51

3 18,952 Asam Palmitat (C16:0) 35,03

4 19,255 Asam Palmitoleat (C16:1) 0,24

5 21,218 Asam Stearat (C18:0) 3,64

6 21,545 Asam Oleat (C18:1) 50,03

7 22,043 Asam Linoleat (C18:2) 9,77

8 22,749 Asam Linolenat (C18:3) 0,31

9 23,418 Asam Arakidat (C20:0) 0,32

10 23,783 Asam Eikosenoat (C20:1) 0,11

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. Selanjutnya, 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). Dapat dilihat kandungan asam oleat pada CPO cukup tinggi. Menurut Knothe, 2005 minyak dengan kandungan asam oleat (C18:1) terbesar adalah minyak yang paling cocok untuk memproduksi biodiesel [39].

CPO yang digunakan sebagai bahan baku merupakan minyak nabati. Minyak dan lemak nabati, asam lemak jenuh umumnya terdapat pada posisi luar sn-1 dan sn-3 sedangkan asam lemak tak jenuh pada bagian dalam sn-2 [40]. Posisi sn-1, sn-2, dan sn-3 serta kaitan kerja lipase spesifik dalam reaksi dapat dilihat pada gambar 4.3 berikut.

Gambar 4.3 Reaksi Interesterifikasi Triasilgliserol Menggunakan Lipase Spesifik sn-1,3 (A,B,C,X = Asam Lemak / Gugus Asil) [41]

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 yang menggunakan support dari resin penukar ion berpori (Lipozyme). Lipozyme

merupakan enzim lipase terimobilisasi menggunakan support dari resin penukar ion berpori yang bekerja spesifik pada ikatan sn 1,3 untuk reaksi interesterifikasi dan sintesis ester [42]. Keuntungan 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 [43].

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

4.2 PEMAKAIAN ULANG (RECYCLE)LIPOZYME

Lipozyme yang dipakai dalam penelitian ini, diulangi pemakaiannya

sebanyak 2 kali dari pemakaian pertama yaitu pada penelitian Melina. Adapun hubungan jumlah pemakaian ulang Lipozyme terhadap perolehan yield diperlihatkan pada gambar 4.4.

Gambar 4.4 Hubungan Jumlah Pemakaian Terhadap Perolehan Yield Biodiesel

Pada gambar 4.4 dapat dilihat bahwa kecenderungan terjadi penurunan perolehan yield pada pemakaian II dan III. Adapun penurunan perolehan yield disebabkan oleh menurunnya kinerja lipozyme pada pemakaian II dan III. Menurunnya kinerja lipozyme yang dipakai berulang kemungkinan disebabkan oleh inhibitor sehingga tertutupnya sisi aktif lipozyme yang berperan penting dalam pembentukan biodiesel khususnya pada pertukaran ikatan asam lemak [44].

0 15 30 45 60 75

I II III

Yield (

%)

Jumlah Pemakaian Ulang

Run 1 Run 2 Run 3 Run 4 Run 5 Run 6 Run 7

Gambar 4.5 Skema Sisi Aktif Lipozyme yang Tertutup oleh Inhibitor [45] Adapun yang menjadi inhibitor untuk Lipozyme adalah terakumulasinya minyak sawit yang belum sepenuhnya terkonversi menjadi biodiesel. Minyak sawit yang terakumulasi pada lipozyme berupa asam oleat [46]. Asam oleat yang terkandung dalam CPO yang dipakai sebagai bahan baku cukup tinggi yaitu sebesar 50,03%.

Penggunaan metil asetat (interesterifikasi) sebagai aseptor asil dalam esterifikasi minyak sawit lebih baik dari pada penggunaan etanol (transesterifikasi). Ini dapat dilihat dari persen penurunan yield biodiesel yang diperoleh. Souza et al. (2012), menggunakan minyak kedelai sebagai bahan baku dan etanol sebagai asil aseptor dan dengan rasio molar 1:3 pada suhu reaksi 50 oC selama 4 jam dan biokatalis yang sama dengan penelitian ini yaitu Lipozyme

sebanyak 5%, memperoleh yield biodiesel sebesar 29% dan persen penurunan yield sebesar 68,97 % dengan 2 kali penggunaan ulang [8], sedangkan pada penelitian ini yang menggunakan metil asetat sebagai asil aseptor memperoleh yield biodiesel sebesar 68,14 % dan 3 kali penggunaan ulang, persen penurunan yield yang diperoleh jauh lebih kecil yaitu 14,28 %.

4.2.1 Pengaruh Rasio Molar Reaktan Terhadap Penurunan Yield Biodiesel Pada Berbagai Pemakaian Ulang (Recycle)Lipozyme

Pengaruh rasio molar reaktan terhadap penurunan yield biodiesel pada berbagai pemakaian ulang diperlihatkan pada gambar 4.6

Pada gambar 4.6 total persen penurunan yield biodiesel meningkat seiring bertambahnya rasio molar substrat. Pada perbandingan 1:4 total persen penurunan yield sebesar 16,75% dan pada perbandingan 1:8 terjadi peningkatan total persen penurunan yield menjadi sebesar 23,43%

Dapat dilihat bahwa rasio molar substrat berpengaruh signifikan terhadap kinerja biokatalis yang di-recycle dimana hal ini dikuatkan dengan hasil korelasi yang diperoleh dari penggunaan software SPSS dimana rasio molar memiliki nilai +0,982 yang berarti hubungannya sangat kuat dan berbanding lurus terhadap total penurunan yield biodiesel.

Gambar 4.7 VariabelKorelasi Menggunakan Software SPSS

0 15 30 45 60 75

1:4 1:8

Y

iel

d

(%)

Rasio Molar (CPO : Metil Asetat)

Pemakaian Ulang I Pemakaian Ulang II Pemakaian Ulang III

Gambar 4.6 Pengaruh Rasio Molar Reaktan Terhadap Penurunan Yield Biodiesel Pada Berbagai Pemakaian Ulang (Recycle) Biokatalis pada Suhu 45oC

Reaksi interesterifikasi membutuhkan jumlah metil asetat yang tinggi untuk mengarahkan reaksi pada reaksi maju karena interesterifikasi merupakan reaksi reversible [47]. Semakin bertambahnya jumlah metil asetat yang digunakan pada penelitian, perolehan yield biodiesel lebih banyak, namun diperoleh persentase penurunan yield biodiesel yang lebih besar pula. Perolehan biodiesel yang semakin menurun ini disebabkan oleh menurunnya kinerja Lipozyme dalam reaksi interesterifikasi. Penggunaan metil asetat sebagai reaktan dalam proses produksi biodiesel secara enzimatis tidak mempengaruhi kinerja enzim [48]. Kinerja lipozyme yang semakin menurun kemungkinan disebabkan oleh terakumulasinya asam oleat pada CPO dari pemakaian I hingga pemakaian ke III sehingga menjadi inhibitor untuk pori-pori Lipozyme sebagai sisi aktif kerja enzim lipase.

4.2.2 Pengaruh Jumlah Biokatalis Terhadap Penurunan Yield Biodiesel Pada Berbagai Pemakaian Ulang (Recycle)Lipozyme

Pengaruh jumlah biokatalis terhadap penurunan yield biodiesel pada berbagai pemakaian ulang diperlihatkan pada gambar 4.8.

Gambar 4.8 Pengaruh Jumlah Biokatalis Terhadap Penurunan Yield Biodiesel Pada Berbagai Pemakaian Ulang (Recycle) Biokatalis pada Suhu 50 oC Pada gambar 4.8 total persen penurunan yield biodiesel menurun seiring bertambahnya jumlah biokatalis yang digunakan. Pada jumlah biokatalis 10% total persen penurunan yield sebesar 80,635% dan pada jumlah biokatalis 30% terjadi penurunan total persen penurunan yield menjadi sebesar 41,72%.

0 15 30 45 60 75 10% 30% Y iel d (%) Jumlah Biokatalis

Pemakaian Ulang I Pemakaian Ulang II Pemakaian Ulang III

Dapat dilihat bahwa jumlah biokatalis berpengaruh penting terhadap kinerja biokatalis yang di-recycle dimana hal ini dikuatkan dengan hasil korelasi yang diperoleh dari penggunaan software SPSS dimana rasio molar memiliki nilai -0,280 yang berarti hubungannya berbanding terbalik terhadap total penurunan yield biodiesel.

Gambar 4.9 VariabelKorelasi Menggunakan Software SPSS

Jumlah lipozyme yang lebih banyak, terkait pada active site yang lebih banyak pula. Active site dari lipozyme berperan penting dalam pembentukan biodiesel khususnya pada pertukaran ikatan asam lemak [44]. Hasil yang diperoleh pada penelitian dengan jumlah lipozyme yang lebih besar, persentase penurunan yield biodiesel semakin rendah. Jumlah biokatalis dengan jumlah yang cukup banyak memberikan efek positif terhadap pemakaian ulang enzim.

4.3 ANALISIS AKTIVITAS ENZIM LIPOZYME

Pada penelitian ini digunakan persen hidrolisa minyak sawit (CPO) sebagai parameter untuk mengetahui kinerja aktivitas enzim Lipozyme. Aktivitas enzim dilihat dengan berapa banyak jumlah minyak yang terhidrolisis menjadi asam lemak dalam waktu tertentu yang diperlihatkan pada gambar 4.10 berikut.

Gambar 4.10 Diagram Aktivitas Enzim Oleh Lipozyme Sebelum Pemakaian dan Setelah Pemakaian Ulang III

Gambar 4.10 memperlihatkan diagram aktivitas enzim oleh Lipozyme

sebelum dan setelah pemakaian III. Dapat dilihat bahwa aktivitas enzim setelah pemakaian III jauh menurun dibandingkan sebelum pemakaian dengan rata-rata persen penurunan sebesar 77,9 %.

Penurunan aktivitas enzim yang cukup signifikan setelah pemakaian III ini disebabkan oleh inhibitor sehingga tertutupnya pori - pori pada Lipozyme yang berperan sebagai sisi aktif enzim. Adapun yang menjadi inhibitor berupa terakumulasinya minyak sawit yang tidak terkonversi pada pori-pori Lipozyme. Akumulasi minyak sawit pada lipozyme berupa asam oleat. Hal ini didasari oleh sifat asam oleat yang dapat teradsorp pada pori-pori enzim terimobilisasi [45].

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4

Sebelum Pemakaian Ulang Setelah Pemakaian Ulang III

Persen H idrol isa Run 1 Run 2 Run 3 Run 4 Run 5 Run 6 Run 7

4.4 SIFAT FISIK DARI BIODIESEL 4.4.1 Analisis Densitas Biodiesel

Semakin tinggi rasio molar reaktan (CPO : Metil Asetat) maka akan semakin rendah densitas biodisel yang dihasilkan. Setyopratomo,dkk. (2008), memaparkan bahwa hal ini dapat disebabkan oleh meningkatnya tingkat konversi akibat meningkatnya laju reaksi dan bergesernya kesetimbangan reaksi [49]. Semakin meningkatnya tingkat konversi trigliserida menjadi metil ester, maka densitas biodisel akan semakin menurun karena densitas metil ester lebih rendah daripada densitas trigliserida.

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

Tabel 4.3 Hasil Analisis Densitas Biodiesel Jumlah Biokatalis (b/b) Rasio Molar Reaktan Suhu (oC)

Densitas Biodiesel 40 oC

(kg/m3)

Densitas Standar Biodiesel (SNI)

(kg/m3)

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

Densitas yang diperoleh berada dalam kisaran standar yang ditetapkan oleh Standar Nasional Indonesia (SNI). Selanjutnya densitas yang diperoleh digunakan untuk perhitungan viskositas kinematik biodiesel.

4.4.2 Analisis Viskositas Biodiesel

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 terbagi menjadi dua yaitu viskositas dinamik dan viskositas kinematik. Viskositas dinamik diperoleh secara langsung dengan analisis menggunakan alat viskosimeter dan untuk viskositas kinematik merupakan perbandingan antara viskositas dinamik terhadap densitasnya.

Viskositas yang 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 [50].

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, viskositas yang dihasilkan adalah seperti yang telah disajikan pada tabel 4.4 berikut.

Tabel 4.4 Hasil Analisis Viskositas Biodiesel Jumlah Biokatalis (b/b) Rasio Molar Reaktan Suhu (oC)

Viskositas Biodiesel 40oC

(kg/m.s)

30 % 1 : 6 50 0,00304

Viskositas biodiesel yang diperoleh selanjutnya dibandingkan terhadap densitasnya untuk mendapatkan nilai viskositas kinematik. Adapun viskositas kinematiknya ditunjukkan pada tabel 4.5 berikut.

Tabel 4.5 Viskositas Kinematik Biodiesel Viskositas Kinematik

Biodiesel 40oC (cSt)

Viskositas Kinematik Standar Biodiesel (SNI)

(cSt)

3,513 2,3 – 6,0

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan diperoleh bahwa nilai viskositas kinematik yang dihasilkan berada dalam kisaran standar yang ditetapkan oleh Standar Nasional Indonesia (SNI). Hal ini terkait pada konversi trigliserida menjadi metil atau etil ester melalui proses transesterifikasi dapat mengurangi berat molekul menjadi sepertiga dari trigliserida dan mengurangi viskositas sekitar delapan kali [51].

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 [49].

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian yang telah dilakukan adalah :

1. 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)

2. Pada pemakaian ulang Lipozyme, penurunan yield yang diperoleh meningkat seiring dengan semakin besarnya rasio molar reaktan.

3. Pada pemakaian ulang Lipozyme, penurunan yield yang diperoleh semakin kecil seiring semakin besarnya jumlah biokatalis

4. Kandungan asam lemak jenuh CPO sebesar 39,2172% dan asam lemak tak jenuh CPO sebesar 60,7827%.

5. Pemakaian ulang Lipozyme pada sintesis biodiesel menyebabkan penurunan aktivitas lipase sebesar 70,37%.

5.2 SARAN

Adapun saran yang dapat diberikan adalah :

1. Penelitian berikutnya disarankan menggunakan biokatalis lain yang lebih murah dan mudah didapat serta bekerja non-spesifik seperti Novozym 435.

2. Penelitian berikutnya disarankan dapat memurnikan campuran biodiesel sehingga diperoleh biodiesel sesuai dengan Standar Nasional Indonesia (SNI), yang dapat diuji pada mesin diesel.