TINJAUAN PUSTAKA 2.1 MINYAK KELAPA SAWIT
2.2 MEKANISME KERJA ENZIM
Lipase adalah jenis enzim yang sifatnya tergantung pada substrat dan sumbernya.Lipase yang berasal dari mikroba tertentu, mempunyai aktivitas optimum yang berbeda dengan mikroba lipolitik lainnya. Aktivitas lipase dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain : pH, suhu dan waktu reaksi.
Berikut merupakan gambar dari mekanisme enzim untuk menghasilkan suatu produk:
Gambar 2.2 Mekanisme Kerja Enzim [15].
2.2.1ENZIM SEBAGAI KATALIS
Proses alkoholisis dari minyak nabati atau hewanidengan teknologiberbagai rute banyak menggunakan katalisseperti asam dan basa anorganik [16]. Untuk
9
menghasilkan konversi yang lebih besar dapat bergantung kepada jenis katalis yang digunakan. Misalnya pada katalis asam yangdigunakan ketika minyak memiliki konsentrasi dan asam lemak bebas yang tinggi, dimana sulfat dan asam sulfonat sebagaikatalis yang paling umum dari kelas ini. Sebagai kerugian, katalisis asammemerlukan penggunaan alkohol dalam jumlah besar dalam rangkauntuk mendapatkan hasil biodiesel yang memuaskan dengan menerapkanrasio molar alkohol : minyak 30-150:1. Selain itu,katalis asam seperti asam sulfat yang mengkatalisistransesterifikasi trigliserida perlahan akan menyebabkan reaksi yang lamasekali seperti 48-96 jam[17].Akhirnya, ada risiko korosi dariperalatan yang digunakan karena keasaman tinggi katalis tersebut.Kemudian penggunaan katalis basa sebagai katalis memiliki waktu yang lebih cepat dibandingkankatalis asamdan tidak memerlukan jumlah alkohol yang besar. Katalis dasar yang paling sering digunakan adalahnatrium atau kalium hidroksida. Awalnyabereaksi dengan alkohol menghasilkan alkoksidanya,yang kemudian bereaksi dengan minyak untuk membentuk biodiesel dangliserol. Namun penggunaan katalis basa dapat memungkinkan terbentuknya rekasi saponifikasi trigliserida yang menyebabkan ester yang diperoleh tidak produktif[16]. Oleh karena itu,minyak yang digunakan dalam produksi biodiesel harus umpan dengan pemanasan,sehingga memakan waktu danproses yang mahal.Kelemahan lain dari metode ini adalahair yang dihasilkan selama reaksi.Sebuah alternatif untuk asam tradisional atau alkalikatalisis adalah dengan proses enzimatik, yang mengatasikelemahan sistem katalitik sebelumnya sepertisebagai perlengkapan korosi dan kebutuhan energi yang tinggi.Namun, biaya enzim yang tinggi tetap menjadi penghalanguntuk pelaksanaan proses enzimatik dalamindustri. Selain itu, kehadiran alkohol dapatmenonaktifkan enzim dan kadang- kadang bahkan terjadinya denaturasi.Aktivitas enzim juga dipengaruhi oleh gliserol.Karena kelarutan rendah dari gliserol biodiesel[18].
Enzim lipase merupakan jenis enzim yang dapat larut dalam air dan bekerja dengan mengkatalisis hidrolisis ikatan ester dalam subtrat lipid yang tidak dapat larut didalam air.Sebagai contoh sisi aktif enzim ini dapat menghidrolisis triasilgliserol menjadi asam lemak dan gliserol.Enzim lipase dapat digunakan untuk menghasilkan emulsifier, surfaktant, mentega, coklat tiruan, protease untuk membantu pengempukan daging dan lainnya.Lipase merupakan enzim yang memiliki peran
10
penting dalam bioteknologi modern.Banyak industri yang telah mengaplikasikan penggunaan enzim sebagai biokatalis.
Gambar 2.3 Mekanisme Enzimatik Produksi FAME [19].
Pada gambar diatas melaporkan bahwakinetikabiodieselmengikutimekanisme Ping-Pong BiBidengan sebagian besarmodel sebelumnyayang
11
panjangdenganlipasesebagaikatalis.Mekanismeyang
diusulkantransesterifikasidengankatalisenzimatikterjadidalam empat langkah: (a) enzim-substrat kompleksterbentuk karenapenambahan oksigennukleofilikdalam
kelompokOHyanghadir padaenzim, (b)
asamterkonjugasidariaminamentransferprotondenganoksigenalkilsubstratdanpembent ukangliserolbagian(jika triacylglycerideadalahsubstrat, diacylglycerideakan membentukdengangliserolbagiandansebagainya), (c) atom
oksigendarimolekulalkoholditambahkan keatomkarbon dariC=Odariasilenzimmenengah,sehinggaterasilasikompleksenzim-alkohol
terbentukdan(d) oksigen darikompleksenzimdihilangkandanprotonditransfer dariasamterkonjugasidariamina, sehingga asam lemakmetilester [20].
2.2.2 STABILITAS ENZIM DI DALAM CAIRAN IONIK
Dilaporkan dalam literatur telah berhasil menerapkan cairan ionik sebagaipendukung enzimatik, menciptakan sistem katalitik yang dapat digunakan dalam transesterifikasi minyak menjadi biodiesel. Biokatalisis dalam cairan ionik menunjukkan selektivitas yang lebih tinggi, tingkat yang lebih tinggi dan stabilitas enzim yang lebih besar. Dalam produksi biodiesel,dukungan enzim dalam cairan ionik telahdikembangkan bertujuan untuk mengatasi masalah yang terkait dengan transesterifikasi enzimatik konvensional, seperti penonaktifan enzim oleh beberapa alkoholterutama metanol dan penyumbatan situs aktif enzim dengan gliserol yang menurunkan aktivitas mereka dan menghambat penggunaan kembali biokatalis tersebut. Karena kelemahan ini, enzimterutama lipase tidak diterapkan pada skala industri, meskipun menyajikan aktivitas katalitik yang tinggi untuk transesterifikasi trigliserida di bawah kondisi reaksi ringan [21].
Stabilisasi enzim di dalam ionic liquids solvent (ILS) adalah salah satu kunciuntuk pengembangan lebih efisienproses biokatalitik untuk industri, aplikasilingkunganatau biomedis. Sebagaimana dibahasdi bagian sebelumnya, penggunaanenzimdalam ILS menyajikan keuntungan yang berbeda ketikadibandingkan dengan pelarut organik konvensional.Di sisi lain, dalam beberapa kasus aplikasienzim dapat dibatasi oleh kelarutan yang rendah, kegiatan atau stabilitas di ILS. Peningkatan fungsi enzim sangat penting untuk aplikasi skala
12
besar untukmenguntungkan secara ekonomis. Metode untuk menstabilkan dan mengaktifkan enzim dalam ILS dapat dibagimenjadi dua strategi yang berbeda : yaitu dengan cara modifikasi enzim dan modifikasipelarut. Modifikasi enzimtermasuk liofilisasi (untuk mengubahmorfologi enzim padat), modifikasi kimia (untuk penambahan kimiafungsi ke dalam biomolekul enzim) dan imobilisasi dalam dukungan yang cocok.
Selain itu memahami faktor-faktor yangmempengaruhi aktivitas enzim dan stabilitas di media ILS juga sangat penting. Telah dilaporkan bahwa reaksi enzim dalam ILS dapat dipengaruhi oleh beberapa faktorseperti aktivitas air, pH, bahan pembantu dan kotoran. Beberapa sifat ILS memilikijuga telah berkaitan dengan aktivitas dan stabilitas enzim,yang paling penting termasukpolaritas,kapasitas ikatan hidrogen, viskositas dan hidrofobik. Hal ini jelas dari set properti yang jenis dan kekuataninteraksi ILS dapat membangun dengan molekul enzim pasti akan mempengaruhi struktur 3D mereka.Pengaruh tersebut dapat menghasilkan atau tidak perubahan aktivitas enzim[22].
Gambar 2.4 Stabilitas Enzim di dalam Cairan Ionik [23]
2.3BIODIESEL
Biodiesel merupakan monoalkil ester dari asam-asam lemak rantai panjang yang terkandung dalam minyak nabati atau lemak hewani untuk digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel.Biodisel sebagai bahan alternatif, mulai diteliti sebagai akibat semakinsadarnya manusia akan pencemaran yang ditimbulkan bahan bakar konvensional(bahan bakar fosil) serta persediaan minyak bumi yang terus menipis. Sebagaibahan bakar yang dapat diperbaharui, biodisel mempunyai keuntungan antara lainkarena mudah digunakan (memerlukan hanya sedikit atau bahkan tidakmemerlukan sama sekali modifikasi dari mesin diesel yang telah ada), dapat
13
diuraialam secara alamiah, dan dapat diproduksi secara domestik dari hasil pertanian.Dibandingkan dengan minyak solar, biodisel dapat menghasilkan jumlahpower, dan torsi yang sama dengan minyak solar dalam jumlah yang sama. Hal inidikarenakan umumnya biodisel mempunyai nilai setana yang lebih tinggi dariminyak solar.Selain itu biodisel juga mempunyai efek pelumasan yang lebih baikdaripada minyak solar.Biodisel juga sesuai dengan komponen mesin disel emisigas buang yang dihasilkan ternyata juga lebih baik dalam beberapa hal biladibandingkan dengan menggunakan bahan bakar fosil [24].
Biodiesel terdiri dari mono-alkil ester asam lemak, yang biasanya ester metil dan kadang-kadang disebut sebagai FAME, atau metil ester asam lemak. Ini mono- alkil ester yang dihasilkan hari ini dari lemak, minyak, atau sayuran bahan baku minyak menggunakan reaksi kimia yang disebut transesterifikasi. Proses teknologi transesterifikasi mapan dan saat ini tidak merupakan faktor pembatas di pasar biodiesel. Bahan bakar terbarukan ini terutama digunakan sebagai 2- 20% volume campuran dengan petroleum diesel.Campuran biodiesel misalnya B5 menunjukkan 5% volume biodiesel campuran [25].
Bahan bakar biodiesel dibuat dengan mengkonversi minyak nabati dan lemak hewani menjadi dikenal sebagai asamlemak alkil ester. Untuk menjadi ester, minyak atau lemak harus dipanaskan dan dicampur dengan kombinasi metanol dan natrium hidroksida. Proses konversi ini disebut esterifikasi atau transesterifikasi.Aditif biodiesel memiliki banyak manfaat selain untukmengurangi ketergantungan pada minyak yang lain. Para peneliti telah berpaling ke lemak ayam sebagai pengganti yang lebih murah dari minyak kedelai.Mereka telah menunjukkan bahwa adanya bahan baku yang menguntungkan untuk produksi biodiesel karena tersedia dengan biaya yang rendah dan memiliki potensi hasil sangat tinggi. Namun, kehadiran asam lemak bebas dalam lemak ayam mentah telah menjadi hambatan yang signifikan untuk menghasilkan hasil biodiesel yang tinggi. Asam lemak menciptakan masalah dalam proses transesterifikasi karena mereka cenderung membentuk sabun sebagai produk sampingan. Sabun ini meningkatkan pembentukan gel, yang membuatnya lebih sulit untuk menghasilkan bahan bakar biodiesel yang tinggi [26].