ISOLASI DAN KARAKTERISASI ENZIM LIPASE DARI Aspergillus niger YANG DIGUNAKAN SEBAGAI BIOKATALIS UNTUK PEMBUATAN BIODIESEL.
ISOLASI DAN KARAKTERISASI ENZIM LIPASE DARI
Aspergillus niger YANG DIGUNAKAN SEBAGAI BIOKATALIS
UNTUK PEMBUATAN BIODIESEL
Skripsi Sarjana Kimia
Oleh
DEDY SETIADY
BP : 0910413090
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2013
INTISARI
ISOLASI DAN KARAKTERISASI ENZIM LIPASE DARI Aspergillus niger
YANG DIGUNAKAN SEBAGAI BIOKATALIS UNTUK PEMBUATAN
BIODIESEL
Oleh :
Dedy Setiady (0910413090)
Dr.Zulkarnain Chaidir* Dr.Syukri**
Pembimbing I* Pembimbing II**
Penelitian yang berjudul isolasi dan karakterisasi enzim lipase dari Aspergillus
niger yang digunakan sebagai biokatalis untuk pembuatan biodiesel telah
dilakukan. Penelitian ini bertujuan untuk melihat kemampuan katalis enzim
lipase dari Aspergillus niger dalam memproduksi lipase serta menentukan
kemampuan reaksi interesterifikasi menggunakan metil asetat sebagai
pengganti metanol untuk memproduksi biodiesel (fatty acid methyl ester).
Produksi lipase dilakukan dengan metoda fermentasi selama 24 jam. Dalam 24
jam tersebut dicari waktu optimum fermentasi, setelah dilakukan penelitian
didapatkan waktu optimum fermentasi untuk menghasilkan lipase adalah pada
jam ke-12. Hasil dari fermentasi kemudian disentrifugasi dengan kecepatan
4.000 rpm selama 20 menit, supernatan diambil yang merupakan crude enzim
lipase. Crude enzim yang didapatkan dikarakterisasi untuk mendapatkan pH
optimum dan suhu optimumnya. Pada penelitian ini didapatkan pH optimumnya
adalah 6 dan suhu optimumnya adalah 30oC dengan aktivitas 1,104 U/ml.
Crude enzim yang didapatkan kemudian difraksinasi dengan ammonium sulfat
dengan tujuan untuk menaikkan aktivitas lipasenya. Setelah difraksinasi,
didapatkan aktivitas pada fraksinasi (80-100%) paling tinggi dengan
aktivitasnya yaitu 1,542 U/ml. Enzim yang telah difraksinasi dengan ammonium
sulfat (80-100%), kemudian dilakukan uji pendahuluan dalam menghasilkan
biodiesel dengan reaksi interesterifikasi. Hasil yang didapatkan di analisis
dengan menggunakan GC-MS. Hasil identifikasi biodiesel dengan GC-MS
didapatkan fatty acid methyl ester yaitu metil dekanoat.
Kata kunci : Aspergillus niger, lipase, fraksinasi dengan ammonium sulfat
biodiesel, interesterifikasi
vi
ABSTRACT
ISOLATION AND CHARCTERIZATION LIPASE ENZYME FROM Aspergillus
niger AS BIOCATALYST FOR BIODIESEL PRODUCTION
by :
Dedy Setiady (0910413090)
Dr.Zulkarnain Chaidir* Dr Syukri**
Advisor I* Advisor II**
This research is purpose to determine the ability lipase enzyme from Aspergillus
niger that used to production of biodiesel with interesterification reaction by
using methyl acetate as substitution of methanol. Production of lipase has been
done by fermentation method for 24 hours. The optimum time of fermentation to
produce lipase at 12 hours. The fermentation result was sentrifugated by 4000
rpm for 20 minutes, supernatant was taken as crude lipase enzyme. The crude
enzyme that obtained was characterized to get optimum pH and optimum
temperature. The optimum pH was 6, optimum temperature was 30oC and the
activity was 1,104 U/ml. And then crude enzyme was fractionated by
ammonium sulphate to increase lipase activity. From variation of fractionation
was obtained fractionation (80-100%) as the highest activity with 1,542 U/ml.
The enzyme fractionation then conducted a preliminary test in the production of
biodiesel with interesterification reaction. The result was analyzed with GC-MS
and was obtained methyl decanoate.
Keywords : Aspergillus niger, lipase, fractionation with ammonium sulphate
biodiesel, interesterification
vii
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 . Latar Belakang
Melihat kondisi kebutuhan manusia akan energi semakin meningkat sejalan
dengan laju pertumbuhan ekonomi dan pertambahan penduduk membuat
manusia berlomba-lomba dalam mengemukakan ide-ide kreatifnya untuk
menghasilkan sumber energi. Sumber energi terdiri atas dua yaitu energi yang
dapat diperbaharui dan tidak dapat diperbaharui. Energi yang tidak dapat
diperbaharui berasal dari energi fosil seperti minyak bumi merupakan sumber
energi utama bagi manusia. Oleh karenanya, dengan mempertimbangkan
kebutuhan manusia dalam mengkonsumsi energi dengan keberadaan jumlah
energi itu sendiri membuat manusia untuk berupaya mendapatkan bahan bakar
alternatif yang memliki sifat dapat diperbaharui (renewable) dan ramah
lingkungan. Potensi energi yang terbarukan antara lain tenaga matahari, panas
bumi, angin, arus laut, tanaman penghasil minyak dan lain-lain. Meskipun
demikian, pemanfaatan energi yang bersumber dari tenaga matahari, angin dan
arus laut mengalami kesulitan dalam hal penampungan (storage) khususnya
untuk benda bergerak [1].
Biodiesel merupakan sumber energi alternatif yang sangat popular di
dunia dengan berbagai keunggulannya. Keunggulan utama dari biodiesel
adalah sebagai sumber energi yang terbarukan merupakan satu-satunya
sumber energi alternatif yang dipakai langsung oleh mesin konvensional (mesin
diesel) tanpa harus mengganti peralatan, selain itu biodiesel dapat dicampur
dengan petroleum diesel dengan berbagai komposisi untuk meningkatkan
kualitas pembakaran.
Pembuatan biodiesel dari minyak nabati telah banyak dikaji bahkan
diproduksi secara komersial oleh luar negeri. Minyak nabati merupakan salah
satu hasil tanaman yang berpotensi sebagai sumber hidrokarbon atau sumber
energi. Namun minyak tersebut tidak bisa digunakan secara langsung karena
memiliki viskositas yang tinggi, angka setan yang rendah, adanya asam lemak
bebas, volatilitas yang rendah, adanya gum dan terbentuknya endapan yang
1
tinggi bila digunakan sebagai bahan bakar secara langsung. Oleh karena itu,
harus diubah ke bentuk lain yaitu menjadi alkil ester (biodiesel) [2].
Minyak jelantah (waste cooking oil) adalah minyak yang berasal dari
industri rumah tangga yang sudah tidak dapat digunakan kembali. Dari segi
komposisi kimianya, minyak jelantah mengandung senyawa yang bersifat
karsinogenik yang terjadi selama proses penggorengan. Pengolahan biodiesel
dari minyak jelantah merupakan cara yang paling efektif untuk menurunkan
harga jual biodiesel karena murahnya bahan baku yang digunakan. Selain itu
pemanfaatan
limbah
minyak
goreng
dapat
juga
mengatasi
masalah
pembuangan limbah minyak dan mengatasi masalah kesehatan masyarakat [3].
Produksi biodiesel (fatty acid methyl ester) dilakukan melalui beberapa
proses diantaranya adalah produksi enzim lipase, penyaringan minyak jelantah
dan sintesis biodiesel dengan reaksi non alkohol. Enzim lipase digunakan
sebagai biokatalis untuk mempercepat terbentuknya biodiesel. Enzim lipase
yang diproduksi berasal dari Aspergillus niger. Lipase dari spesies Aspergillus
seperti Aspergillus niger dan Aspergillus oryzae memiliki massa molekul
200.000 sampai 250.000 dengan pH optimum 6,5 smapai 7,5 dapat
menghidrolisis
minyak
kelapa,
minyak
zaitun
dengan
48-93%.
yield
Penyaringan minyak jelantah bertujuan untuk menghilangkan kotoran dan sisa
hasil penggorengan dari minyak, sehingga didapatkan minyak yang jernih untuk
pembuatan biodiesel. Reaksi non alkohol merupakan reaksi interesterifikasi,
dimana reaksi ini menggantikan fungsi metanol dengan metil asetat [4,5].
Biodiesel
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. Namun pada penelitian ini digunakan biokatalis yaitu
enzim
lipase.
Biokatalis
ini
merupakan
katalis
heterogen,
sehingga
pemisahannya dari produk setelah reaksi berakhir dapat dipisahkan dengan
2
mudah. Pada penelitian yang telah dilakukan ini menggunakan reaksi
interesterifikasi dimana rute reaksinya yang tidak menggunakan alkohol. Rute
reaksi non alkohol ini dilakukan dengan cara mengganti alkohol dengan alkil
asetat, yaitu metil asetat, yang sama-sama berfungsi sebagai penyuplai alkil.
Dalam penelitian ini, reaksi produksi biodiesel yang dilakukan adalah dari
minyak jelantah melalui reaksi non alkohol menggunakan enzim lipase dari
Aspergillus niger sebagai biokatalis [2,5].
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh Du (2004) dengan
melakukan pemodelan kinetika terhadap lipase dalam mengkatalis reaksi
interesterfikasi produksi biodiesel rute non-alkohol menggunakan pemodelan
Ping Pong Bi Bi. Pada tahun (2005) Xu melanjutkan penelitian oleh Du dengan
melakukan studi perbandingan antara produksi biodiesel melalui rute alkohol
dan rute non-alkohol menggunakan substrat minyak kedelai dan Novozym 435
sebagai biokatalis, sehingga diperoleh %-yield metil ester mencapai 92%
dengan menggunakan rute non-alkohol. Pada tahun (2009) Hermansyah
melakukan penelitian produksi biodiesel dengan menggunakan minyak kelapa
sawit dan Candida Rugosa lipase terimobilisasi sebagai katalis melalui rute non
alkohol mendapatkan konversi trioleat yang dihasilkan sebesar 82% [5,6,7].
1.2 . Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas maka terdapat beberapa masalah yang perlu
dirumuskan sebagai berikut:
1. Bagaimana hasil biodiesel dengan menggunakan reaksi interesterifikasi
dengan menggunakan alkil asetat (metil asetat) sebagai pengganti metanol.
2. Berapa aktivitas enzim lipase yang diperoleh menggunakan Aspergillus niger
untuk menghidrolisis minyak kelapa sawit.
3. Apakah ada pengaruh variasi suhu dan pengaruh variasi pH terhadap
aktivitas enzim lipase.
3
1.3 . Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Menentukan kemampuan reaksi interesterifikasi menggunakan metil asetat
sebagai pengganti metanol untuk memproduksi biodiesel dengan katalis
enzim lipase dari substrat minyak jelantah.
2. Menentukan kondisi optimum enzim lipase yang dihasilkan oleh Aspergillus
niger yang akan digunakan sebagai biokatalis untuk produksi biodiesel.
1.4 . Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan :
1. Dapat dijadikan sebagai informasi pemakaian enzim lipase sebagai katalis
untuk memproduksi biodiesel.
2. Dapat dikembangkan reaksi interesterifikasi dengan menggunakan metil
asetat sebagai pengganti metanol untuk memproduksi biodiesel.
4
Aspergillus niger YANG DIGUNAKAN SEBAGAI BIOKATALIS
UNTUK PEMBUATAN BIODIESEL
Skripsi Sarjana Kimia
Oleh
DEDY SETIADY
BP : 0910413090
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2013
INTISARI
ISOLASI DAN KARAKTERISASI ENZIM LIPASE DARI Aspergillus niger
YANG DIGUNAKAN SEBAGAI BIOKATALIS UNTUK PEMBUATAN
BIODIESEL
Oleh :
Dedy Setiady (0910413090)
Dr.Zulkarnain Chaidir* Dr.Syukri**
Pembimbing I* Pembimbing II**
Penelitian yang berjudul isolasi dan karakterisasi enzim lipase dari Aspergillus
niger yang digunakan sebagai biokatalis untuk pembuatan biodiesel telah
dilakukan. Penelitian ini bertujuan untuk melihat kemampuan katalis enzim
lipase dari Aspergillus niger dalam memproduksi lipase serta menentukan
kemampuan reaksi interesterifikasi menggunakan metil asetat sebagai
pengganti metanol untuk memproduksi biodiesel (fatty acid methyl ester).
Produksi lipase dilakukan dengan metoda fermentasi selama 24 jam. Dalam 24
jam tersebut dicari waktu optimum fermentasi, setelah dilakukan penelitian
didapatkan waktu optimum fermentasi untuk menghasilkan lipase adalah pada
jam ke-12. Hasil dari fermentasi kemudian disentrifugasi dengan kecepatan
4.000 rpm selama 20 menit, supernatan diambil yang merupakan crude enzim
lipase. Crude enzim yang didapatkan dikarakterisasi untuk mendapatkan pH
optimum dan suhu optimumnya. Pada penelitian ini didapatkan pH optimumnya
adalah 6 dan suhu optimumnya adalah 30oC dengan aktivitas 1,104 U/ml.
Crude enzim yang didapatkan kemudian difraksinasi dengan ammonium sulfat
dengan tujuan untuk menaikkan aktivitas lipasenya. Setelah difraksinasi,
didapatkan aktivitas pada fraksinasi (80-100%) paling tinggi dengan
aktivitasnya yaitu 1,542 U/ml. Enzim yang telah difraksinasi dengan ammonium
sulfat (80-100%), kemudian dilakukan uji pendahuluan dalam menghasilkan
biodiesel dengan reaksi interesterifikasi. Hasil yang didapatkan di analisis
dengan menggunakan GC-MS. Hasil identifikasi biodiesel dengan GC-MS
didapatkan fatty acid methyl ester yaitu metil dekanoat.
Kata kunci : Aspergillus niger, lipase, fraksinasi dengan ammonium sulfat
biodiesel, interesterifikasi
vi
ABSTRACT
ISOLATION AND CHARCTERIZATION LIPASE ENZYME FROM Aspergillus
niger AS BIOCATALYST FOR BIODIESEL PRODUCTION
by :
Dedy Setiady (0910413090)
Dr.Zulkarnain Chaidir* Dr Syukri**
Advisor I* Advisor II**
This research is purpose to determine the ability lipase enzyme from Aspergillus
niger that used to production of biodiesel with interesterification reaction by
using methyl acetate as substitution of methanol. Production of lipase has been
done by fermentation method for 24 hours. The optimum time of fermentation to
produce lipase at 12 hours. The fermentation result was sentrifugated by 4000
rpm for 20 minutes, supernatant was taken as crude lipase enzyme. The crude
enzyme that obtained was characterized to get optimum pH and optimum
temperature. The optimum pH was 6, optimum temperature was 30oC and the
activity was 1,104 U/ml. And then crude enzyme was fractionated by
ammonium sulphate to increase lipase activity. From variation of fractionation
was obtained fractionation (80-100%) as the highest activity with 1,542 U/ml.
The enzyme fractionation then conducted a preliminary test in the production of
biodiesel with interesterification reaction. The result was analyzed with GC-MS
and was obtained methyl decanoate.
Keywords : Aspergillus niger, lipase, fractionation with ammonium sulphate
biodiesel, interesterification
vii
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 . Latar Belakang
Melihat kondisi kebutuhan manusia akan energi semakin meningkat sejalan
dengan laju pertumbuhan ekonomi dan pertambahan penduduk membuat
manusia berlomba-lomba dalam mengemukakan ide-ide kreatifnya untuk
menghasilkan sumber energi. Sumber energi terdiri atas dua yaitu energi yang
dapat diperbaharui dan tidak dapat diperbaharui. Energi yang tidak dapat
diperbaharui berasal dari energi fosil seperti minyak bumi merupakan sumber
energi utama bagi manusia. Oleh karenanya, dengan mempertimbangkan
kebutuhan manusia dalam mengkonsumsi energi dengan keberadaan jumlah
energi itu sendiri membuat manusia untuk berupaya mendapatkan bahan bakar
alternatif yang memliki sifat dapat diperbaharui (renewable) dan ramah
lingkungan. Potensi energi yang terbarukan antara lain tenaga matahari, panas
bumi, angin, arus laut, tanaman penghasil minyak dan lain-lain. Meskipun
demikian, pemanfaatan energi yang bersumber dari tenaga matahari, angin dan
arus laut mengalami kesulitan dalam hal penampungan (storage) khususnya
untuk benda bergerak [1].
Biodiesel merupakan sumber energi alternatif yang sangat popular di
dunia dengan berbagai keunggulannya. Keunggulan utama dari biodiesel
adalah sebagai sumber energi yang terbarukan merupakan satu-satunya
sumber energi alternatif yang dipakai langsung oleh mesin konvensional (mesin
diesel) tanpa harus mengganti peralatan, selain itu biodiesel dapat dicampur
dengan petroleum diesel dengan berbagai komposisi untuk meningkatkan
kualitas pembakaran.
Pembuatan biodiesel dari minyak nabati telah banyak dikaji bahkan
diproduksi secara komersial oleh luar negeri. Minyak nabati merupakan salah
satu hasil tanaman yang berpotensi sebagai sumber hidrokarbon atau sumber
energi. Namun minyak tersebut tidak bisa digunakan secara langsung karena
memiliki viskositas yang tinggi, angka setan yang rendah, adanya asam lemak
bebas, volatilitas yang rendah, adanya gum dan terbentuknya endapan yang
1
tinggi bila digunakan sebagai bahan bakar secara langsung. Oleh karena itu,
harus diubah ke bentuk lain yaitu menjadi alkil ester (biodiesel) [2].
Minyak jelantah (waste cooking oil) adalah minyak yang berasal dari
industri rumah tangga yang sudah tidak dapat digunakan kembali. Dari segi
komposisi kimianya, minyak jelantah mengandung senyawa yang bersifat
karsinogenik yang terjadi selama proses penggorengan. Pengolahan biodiesel
dari minyak jelantah merupakan cara yang paling efektif untuk menurunkan
harga jual biodiesel karena murahnya bahan baku yang digunakan. Selain itu
pemanfaatan
limbah
minyak
goreng
dapat
juga
mengatasi
masalah
pembuangan limbah minyak dan mengatasi masalah kesehatan masyarakat [3].
Produksi biodiesel (fatty acid methyl ester) dilakukan melalui beberapa
proses diantaranya adalah produksi enzim lipase, penyaringan minyak jelantah
dan sintesis biodiesel dengan reaksi non alkohol. Enzim lipase digunakan
sebagai biokatalis untuk mempercepat terbentuknya biodiesel. Enzim lipase
yang diproduksi berasal dari Aspergillus niger. Lipase dari spesies Aspergillus
seperti Aspergillus niger dan Aspergillus oryzae memiliki massa molekul
200.000 sampai 250.000 dengan pH optimum 6,5 smapai 7,5 dapat
menghidrolisis
minyak
kelapa,
minyak
zaitun
dengan
48-93%.
yield
Penyaringan minyak jelantah bertujuan untuk menghilangkan kotoran dan sisa
hasil penggorengan dari minyak, sehingga didapatkan minyak yang jernih untuk
pembuatan biodiesel. Reaksi non alkohol merupakan reaksi interesterifikasi,
dimana reaksi ini menggantikan fungsi metanol dengan metil asetat [4,5].
Biodiesel
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. Namun pada penelitian ini digunakan biokatalis yaitu
enzim
lipase.
Biokatalis
ini
merupakan
katalis
heterogen,
sehingga
pemisahannya dari produk setelah reaksi berakhir dapat dipisahkan dengan
2
mudah. Pada penelitian yang telah dilakukan ini menggunakan reaksi
interesterifikasi dimana rute reaksinya yang tidak menggunakan alkohol. Rute
reaksi non alkohol ini dilakukan dengan cara mengganti alkohol dengan alkil
asetat, yaitu metil asetat, yang sama-sama berfungsi sebagai penyuplai alkil.
Dalam penelitian ini, reaksi produksi biodiesel yang dilakukan adalah dari
minyak jelantah melalui reaksi non alkohol menggunakan enzim lipase dari
Aspergillus niger sebagai biokatalis [2,5].
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh Du (2004) dengan
melakukan pemodelan kinetika terhadap lipase dalam mengkatalis reaksi
interesterfikasi produksi biodiesel rute non-alkohol menggunakan pemodelan
Ping Pong Bi Bi. Pada tahun (2005) Xu melanjutkan penelitian oleh Du dengan
melakukan studi perbandingan antara produksi biodiesel melalui rute alkohol
dan rute non-alkohol menggunakan substrat minyak kedelai dan Novozym 435
sebagai biokatalis, sehingga diperoleh %-yield metil ester mencapai 92%
dengan menggunakan rute non-alkohol. Pada tahun (2009) Hermansyah
melakukan penelitian produksi biodiesel dengan menggunakan minyak kelapa
sawit dan Candida Rugosa lipase terimobilisasi sebagai katalis melalui rute non
alkohol mendapatkan konversi trioleat yang dihasilkan sebesar 82% [5,6,7].
1.2 . Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas maka terdapat beberapa masalah yang perlu
dirumuskan sebagai berikut:
1. Bagaimana hasil biodiesel dengan menggunakan reaksi interesterifikasi
dengan menggunakan alkil asetat (metil asetat) sebagai pengganti metanol.
2. Berapa aktivitas enzim lipase yang diperoleh menggunakan Aspergillus niger
untuk menghidrolisis minyak kelapa sawit.
3. Apakah ada pengaruh variasi suhu dan pengaruh variasi pH terhadap
aktivitas enzim lipase.
3
1.3 . Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Menentukan kemampuan reaksi interesterifikasi menggunakan metil asetat
sebagai pengganti metanol untuk memproduksi biodiesel dengan katalis
enzim lipase dari substrat minyak jelantah.
2. Menentukan kondisi optimum enzim lipase yang dihasilkan oleh Aspergillus
niger yang akan digunakan sebagai biokatalis untuk produksi biodiesel.
1.4 . Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan :
1. Dapat dijadikan sebagai informasi pemakaian enzim lipase sebagai katalis
untuk memproduksi biodiesel.
2. Dapat dikembangkan reaksi interesterifikasi dengan menggunakan metil
asetat sebagai pengganti metanol untuk memproduksi biodiesel.
4