Reaksi Transesterifikasi DPO (Degummed Palm Oil) untuk Menghasilkan Biodiesel Sawit Menggunakan Lipozyme dalam Pelarut Ionic Liquid1-Butyl-3-Methylimidazolium Hexafluorophosphate ([Bmim][Pf6])

5

REAKSI TRANSESTERIFIKASI DPO (Degummed Palm

Oil)UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL SAWIT

MENGGUNAKAN LIPOZYMETL IM DALAM

PELARUT IONIC LIQUID1-Butyl-3-

Methylimidazolium Hexafluorophosphate

([BMIM][PF6])

SKRIPSI

Oleh

100405012

Nur Sri Rahayu

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

6

REAKSI TRANSESTERIFIKASI DPO (Degummed Palm

Oil)UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL SAWIT

MENGGUNAKAN LIPOZYMETL IM DALAM

PELARUT IONIC LIQUID1-Butyl-3-

Methylimidazolium Hexafluorophosphate

([BMIM][PF6])

SKRIPSI

Oleh

100405012

NUR SRI RAHAYU

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

i

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:

REAKSI TRANSESTERIFIKASI DPO (Degummed Palm Oil)

UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL SAWIT

MENGGUNAKAN LIPOZYME TL IM DALAM

PELARUT IONIC LIQUID1-Butyl-3-

Methylimidazolium Hexafluorophosphate

([BMIM][PF6])

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, 27 Februari 2015

ii

PENGESAHAN

Skripsi dengan judul:

REAKSI TRANSESTERIFIKASI DPO (Degummed Palm Oil)

UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL SAWIT

MENGGUNAKAN LIPOZYME TL IM DALAM

PELARUT IONIC LIQUID1-Butyl-3-

Methylimidazolium Hexafluorophosphate

([BMIM][PF6])

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

Mengetahui,

Koordinator Skripsi

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

Medan, Maret 2015 Dosen Pembimbing

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

Dosen Penguji I

NIP. 19650115 1990031 002 Dr.Ir. Taslim, MSi

Dosen Penguji II

iii

PRAKATA

Puji dan syukur kehadirat Allah SWTatas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Reaksi Transesterifikasi DPO (Degummed Palm Oil) untuk Menghasilkan Biodiesel Sawit Menggunakan Lipozyme dalam Pelarut Ionic

Liquid1-Butyl-3-Methylimidazolium Hexafluorophosphate ([Bmim][Pf6])” 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 transesterifikasi menggunakan katalis enzim lipase dalam pelarut ionic

liquid, sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan khususnya mengurangi

jumlah penggunaan bahan bakar fosil.

Selama melakukan penelitian hingga penulisan skripsi ini, penulis banyakmendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis.Untuk itu secara khusus penulis mengucapkan terima kasihdan penghargaan yang sebesar-besarnya kepadaIbu 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, Maret 2015 Penulis,

iv

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada :

1. Kedua orang tua penulis tercinta, Sugeng dan Sukartiserta adik-adik tercinta, Muhammad Ikhsan dan Asyifa Nur Fahira yang telah banyak mendukung penulis sampai saat ini.

2. Ir. Renita Manurung, MTselaku 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 Mhd. Hendra S. Ginting, ST 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. Bapak Mariadi atas kerjasama dalam membantu penelitian ini.

9. Aira Darusmy atas kerjasamanyayang baik hingga akhir selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.

10. Sahabat-sahabat terbaikku di Teknik Kimia, DJLAWR (Didim, Inda, Liza, Juli, Pakcik Ricky), dan semua stambuk 2010 serta senior-senior yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis.

v

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Nur Sri Rahayu

NIM : 100405012

Tempat, tanggal lahir : Aeknabara, 11 Sept 1992 Nama orang tua : Sugeng dan Sukarti

Alamat orang tua : Teluk Panji III, Labuhan Batu Selatan

Asal Sekolah:

• SDN 118399 Teluk Panji III tahun 1998-2004 • MTs Al-Hidayah Teluk Panji IV tahun 2004 – 2007 • SMA Swasta Aeknabara tahun 2007 – 2010

Pengalaman Kerja dan Organisasi:

1. Covalen Study Group (CSG) periode 2012-2013 sebagai Anggota Pengembangan Bakat dan Minat (BAKMI).

2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2012/2013 sebagai Anggota Bidang Hubungan Masyarakat (HUMAS)

vi

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

PENGESAHAN ii

PRAKATA iii

DEDIKASI iv

RIWAYAT HIDUP PENULIS v

ABSTRAK vi

ABSTRACT vii

DAFTAR ISI viii

DAFTAR GAMBAR xi

DAFTAR TABEL xiii

DAFTAR LAMPIRAN xiv

DAFTAR SINGKATAN xvi

DAFTAR SIMBOL xvii

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 LATAR BELAKANG 1

1.2 PERUMUSAN MASALAH 2

1.3 TUJUAN PENELITIAN 2

1.4 MANFAAT PENELITIAN 3

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1 MINYAK KELAPA SAWIT 5

2.1.1 Pengolahan Buah Sawit Menjadi CPO 6 2.1.2 CPO sebagai Bahan Baku Biodiesel 7

2.2 MEKANISME KERJA ENZIM 8

2.2.1 Enzim sebagai Katalis 8

2.2.2 Stabilitas Enzim di dalam Cairan Ionik 11

2.3 BIODIESEL 12

2.4 PROSES PRODUKSI BIODIESEL 13

2.4.1 Reaksi Transesterifikasi 15

2.5 CAIRAN IONIK SEBAGAI PELARUT PADA ENZIMATIS

BIODIESEL 16

2.6 PELARUT DALAM SINTESIS BIODIESEL 17

2.6.1 Cairan Ionik (Ionic Liquid) 17

2.6.2 Penggunaan Ulang terhadap Cairan Ionik 18

2.6.3 [BMIM PF6] 20

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 22

3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN 22

3.2 BAHAN DAN PERALATAN 22

3.2.1 Bahan Penelitian 22

3.2.2 Peralatan Penelitian 22

3.3 RANCANGAN PERCOBAAN 23

vii

3.4.1 Prosedur Degumming CPO 24

3.4.2 Prosedur Utama 24

3.4.3 Prosedur Analisis 25

3.4.3.1 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan 25 Metode Hidrolisis

3.4.3.2 Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku 25 CPO dengan Metode Tes AOCS Official Method Ca 5a-40

3.4.3.3 Analisis Komponen Asam Lemak Dalam Bahan 26 Baku CPO dan Biodiesel yang dihasilkan

menggunakan GCMS

3.4.3.4 Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan 26 denganMetode Tes ASTM D 445

3.4.3.5 Analisis Densitas Biodiesel yang dihasilkan dengan 26 Metode Tes OECD 109

3.4 FLOWCHART PENELITIAN 27

3.5.1 Flowchart Prosedur Degumming CPO 27

3.5.2 Flowchart Prosedur Utama 28

3.5.3 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis 29 3.5.4 Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku CPO 30

dengan Metode Tes AOCS Official MethodCa 5a-40

3.5.5 Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan dengan 31 Metode Tes ASTM D 445

3.5.6 Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan dengan 31 Metode Tes OECD 109

BABIV HASIL DAN PEMBAHASAN 32

4.1 ANALISIS BAHAN BAKU DPO (DEGUMMED PALM OIL) 32 4.2 PENGARUH IL [BMIM (PF6)] TERHADAP PEROLEHAN YIELD 35 4.3 PENGARUH IL [BMIM (PF6)] TERHADAP KINERJA ENZIM 37

4.4 ANALISIS AKTIVITAS ENZIM LIPOZYME 38

4.5 ANALISIS PRODUK BIODIESEL 39

4.5.1 Analisis Kemurnian Metil eter (%) 39

4.5.2 Analisis Densitas 41

4.4.3 Analisis Viskositas Kinematik 41

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 42

5.1 KESIMPULAN 42

5.2 SARAN 42

viii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Crude Palm Oil 6

Gambar 2.2 Mekanisme Kerja Enzim 8

Gambar 2.3 Mekanisme Enzimatik Produksi FAME 10 Gambar 2.4 Stabilitas Enzim di dalam Cairan Ionik 12 Gambar 2.5 Campuran Reaksi Biodiesel, Gliserol dan Enzim dengan IL

Padat 15

Gambar 2.6SkemadariSintesis Biodiesel dengan Proses Transesterifikasi 16

Gambar 2.7 Struktur Molekul [BMIM][ PF6] 20

Gambar 3.1 Flowchart Prosedur Degumming CPO 27

Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Utama 28

Gambar 3.3 Flowchart Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode 29 Hidrolisis

Gambar 3.4 Flowchart Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku 30 CPO

Gambar 3.5 Flowchart Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan 31 Gambar 3.6 Flowchart Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan 31 Gambar 4.1 Analisis Kadar FFA terhadap CPO Sebelum dan Sesudah 32

Degumming

Gambar 4.2 Kromatogram Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak 33 CPO

Gambar 4.3 Pengaruh IL [BMIM][ PF6]terhadap Perolehan Yield 35 Gambar 4.4 Pengaruh IL [BMIM][ PF6]terhadap Kinerja Enzim 37 Gambar 4.5 Diagram Aktivitas Enzim oleh Lipozyme Sebelum Pemakaian

dan Setelah Pemakaian IV 38

Gambar L4.1 Proses Degumming CPO 56

Gambar L4.2 Proses Transesterifikasi 56

Gambar L4.3 Hasil Transesterifikasi 57

Gambar L4.4 Penyaringan Enzim 57

Gambar L4.6 (a) Biodiesel yang Dihasilkan, (b) Penyimpanan Biodiesel 58 dalam Botol

Gambar L4.7 (a) Lipozyme Sebelum Dipakai, (b) Lipozyme Setelah Dipakai, 58 (c) Analisis Aktivitas Enzim, (d) Penyimpanan Lipozyme

dalam Botol

Gambar L4.8Analisis Densitas 59

Gambar L4.9 Analisis Viskositas 59

Gambar L5.1 Kromatogram Standar GC-MS CPO (Crude Palm Oil) 60 Gambar L5.2 Hasil Analisis Kromatogram GC-MS Asam Lemak CPO 61

(Crude Palm Oil)

Gambar L5.3 Kromatogram Standar GC Biodiesel 62 Gambar L5.5 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1

Pengulangan I 63

Gambar L5.6 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1

Pengulangan II 63

Gambar L5.7 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1

Pebgulangan III 64

ix

Pengulangan IV 64

Gambar L5.9 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 2

Pengulangan I 65

Gambar L5.10 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 2

Pengulangan II 65

Gambar L5.11 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 2

Pegulangan III 66

Gambar L5.12 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 2

x

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1.1 Produksi Biodiesel dengan Menggunakan Ionic Liquids 2 Tabel 2.1 Sifat Fisik Cairan Ionik [BMIM][PF6] 20

Tabel 3.1 Rancangan Percobaan Penelitian 23

Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari CPO (Crude Palm Oil) 34 Tabel 4.2 KomposisiAsam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh 34 Tabel 4.3 Analisis Kemurnian Metil Ester (%) 39

Tabel 4.4 Analisis Densitas Biodiesel 41

Tabel 4.5 Analisis Viskositas Kinematik Biodiesel 41

Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak CPO 48

Tabel L1.2 Komposisi Trigliserida CPO 48

Tabel L1.3 Kadar Free Fatty Acid (FFA) CPO 49

Tabel L.2.1Hasil Analisis Densitas Biodiesel 50 Tabel L.2.2Hasil Analisis Viskositas Biodiesel 50 Tabel L.2.3Hasil Yield dan Total Penurunan Yield Biodiesel 50 Tabel L.2.4 Hasil Analisis Aktivitas Enzim Berdasarkan Persen

xi

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU 48

L1.1 KOMPOSISI TRIGLISERIDA ASAM LEMAK 48 BAHAN BAKU CPO HASIL ANALISIS GCMS

L1.2 KOMPOSISI TRIGLISERIDA BAHAN BAKU CPO 48 L1.3 KADAR FREE FATTY ACID (FFA) CPO 49

LAMPIRAN 2 DATA HASIL PENELITIAN 50

L2.1 DATA HASIL ANALISIS DENSITAS BIODIESEL 50 L2.2 DATA HASIL ANALISIS VISKOSITAS

KINEMATIKA BIODIESEL 50

L2.3 DATA YIELD DAN TOTAL PENURUNAN YIELD 50 BIODIESEL

L2.4 DATA HASIL ANALISIS AKTIVITAS ENZIM 51 BERDASARKAN PERSEN HIDROLISA CPO

LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN 52

L3.1 PERHITUNGAN KADAR FFA CPO 52

L3.1.1 Perhitungan Kadar FFA CPO SebelumDegumming 52 L3.1.2 Perhitungan Kadar FFA CPO Setelah Degumming 52

L3.2 PERHITUNGAN KEBUTUHAN METANOL 53

L3.3 PERHITUNGAN DENSITAS BIODIESEL 53 L3.4 PERHITUNGAN VISKOSITAS BIODIESEL 54

L3.5 PERHITUNGAN YIELD BIODIESEL 54

L3.6 PERHITUNGAN PERSEN HIDROLISA CPO 55

LAMPIRAN 4 DOKUMENTASI PENELITIAN 56

L4.1 PROSES DEGUMMING CPO 56

L4.2 PROSES TRANSESTERIFIKASI 56

L4.3 HASIL TRANSESTERIFIKASI 57

L4.4 PENYARINGAN ENZIM 57

L4.5 PRODUK AKHIR BIODIESEL 58

L4.6 ANALISIS AKTIVITAS ENZIM 58

L4.7 ANALISIS DENSITAS 59

L4.8 ANALISIS VISKOSITAS 59

LAMPIRAN 5 HASIL ANALISISBAHAN BAKU CPO DAN 60 BIODIESEL

L5.1 HASIL ANALISISKOMPOSISI ASAM LEMAK CPO 60

xii

DAFTAR SINGKATAN

BMIM PF6 Butyl Metylimidazolium Hexafluorophosphate ASTM American Society for Testing and Material

(ASTM)

OECD Organization for Economic Co-operation and Development

ESDM Energi dan Sumber Daya Minyak

BM Berat Molekul

dkk dan kawan-kawan

et al et alia

CPO Crude Palm Oil

DPO Degummed Palm Oil

ALB Asam Lemak Bebas

RBDPO Refined Bleached Deodorized Palm Oil

FAME Fatty Acid Metyl Ester

ILS Ionic Liquids Solvent

IL Ionic Liquid

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

xiii

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

xiv

ABSTRAK

Salah satu sumber minyak nabati yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku biodiesel adalah Crude Palm Oil (CPO). Crude palm oil (CPO) mengandung asam lemak bebas yang relatif tinggi berkisar 3 -5%, sedangkan untuk memproduksi biodiesel asam lemak bebas harus ≤ 2%. Untuk itu, dalam penelitian ini dibutuhkan perlakuan untuk menurunkan kandungan asam lemak bebas dan menghilangkan pengotor pada minyak sebelum crude palm oil (CPO) digunakan sebagai bahan baku biodiesel. Reaksi transesterifikasi merupakan reaksi bolak balik yang relatif lambat. Untuk mempercepat jalannya reaksi dan meningkatkan hasil, proses dilakukan dengan pengadukan yang baik, penambahan katalis dan pemberian reaktan berlebih agar reaksi bergeser ke kanan. Pemilihan katalis dilakukan berdasarkan kemudahan penanganan dan pemisahannya dari produk. Metode enzimatik transesterifikasi memiliki banyak keuntungan seperti kondisi reaksi yang rendah menyebabkan konsumsi energi yang sedikit. Tetapi penggunaan biokatalis lipase memiliki beberapa kelemahan antara lain besarnya biaya enzim dan inaktivasi oleh aseptor asil seperti metanol. Transesterifikasi enzimatik minyak nabati dalam cairan ionik telah dibuktikan dalam memproduksi biodiesel.Cairan ionik sebagaipendukung enzimatik, menciptakan sistem katalitik yang dapat digunakan dalam transesterifikasi minyak menjadi biodiesel. Pada penelitian ini, disajikan hasil penelitian sintesis biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) dengan reaksi transesterifikasi (penggunaan methanol sebagai aseptor asil), pemakaian ulang Lipozyme sebagai katalis dalam reaktor batch

dan penggunaan cairan ionik 1

butil-3-metilimidazoliumhexafluorophosphate[BMIM][PF6] sebagai pelarut sehingga diperoleh biodiesel sebagai produk, yang dianalisis menggunakan Gas Chromatography (GC). Sebagai kajian dalam penelitian ini, dibahas mengenai pengaruh cairan ionik terhadap kinerja enzim lipase pada pemakaian ulang. Rata-rata penurunan aktivitas enzim lipase terbaik yang diperoleh pada penelitian ini yaitu sebanyak 4,28% dengan cairan ionik dan lypozime setelah digunakan sebanyak 4 kali dengan kondisi rasio molar reaktan 1:3, rasio berat molar CPO dengan cairan ionik 1:1,5, suhu reaksi 45 oC, Lipozyme sebanyak 30% dan waktu reaksi selama 6 jam.

xv

ABSTRACT

One source of vegetable oils that can be used as raw material for biodiesel is Crude Palm Oil (CPO). Crude palm oil (CPO) contains free fatty acids are relatively high ranging from 3 -5 % , while for biodiesel production of free fatty acids must be ≤ 2%. Therefore, in this study needed treatment to reduce the content of free fatty acids in the oil and remove impurities before crude palm oil (CPO) is used as a raw material for biodiesel. Transesterification reaction is a reaction of alternating relatively slow. To accelerate the reaction and increase the yield, the process is done with good stirring, the addition of the catalyst and the provision of excess reactants for the reaction shifts to the right. The selection of the catalyst made by the ease of handling and separation of the product. Enzymatic transesterification method has many advantages such as low reaction conditions lead to less energy consumption. But the use of lipase biocatalyst has some disadvantages, among others, the cost and inactivation by the enzyme acyl acceptor such as methanol. Enzymatic transesterification of vegetable oils in ionic liquids has been demonstrated in producing biodiesel . Ionic liquids as a supporter of enzymatic, creating a catalytic system that can be used in the transesterification of oil into biodiesel. In this study, presented the results of research synthesis of biodiesel from crude palm oil (CPO) to the transesterification reaction (the use of methanol as an acyl acceptor) , Lipozyme reuse as a catalyst in a batch reactor and the use of the ionic liquid 1 -butyl - 3 - methylimidazolium hexafluorophosphate [ BMIM ][ PF6 ] as a solvent in order to obtain biodiesel as a product, which was analyzed using Gas Chromatography (GC). As the studies in this research, discussed the influence of ionic liquids on the performance of lipase on reuse. Average decrease in lipase activity best obtained in this study is as much as 4.28% with ionic liquids and lypozime after being used as much as 4 times the molar ratio of reactants condition 1 : 3 molar weight ratio of CPO with the ionic liquid 1 : 1.5, reaction temperature 45 ° C, Lipozyme much as 30% and the reaction time of 6 hours .

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1LATAR BELAKANG

Lipase merupakan enzim yang memiliki peran yang penting dalam bioteknologi modern.Banyak industri yangtelah mengaplikasikan penggunaan enzim sebagai biokatalis.Lipase terkenal memiliki aktivitas yang tinggi dalam reaksihidrolisis dan dalam kimia sintesis. Lipase dapat berperan sebagai biokatalis untuk reaksi reaksi hidrolisis, esterifikasi,alkoholisis, asidolisis and aminolisis .

Saat ini mulai dikembangkansintesis biodiesel menggunakan enzim lipasesebagai biokatalis.Lipase sebagai biokatalismampu mengarahkan reaksi secara spesifikke arah produk yang diinginkan tanpaterjadinya reaksi samping yang merugikan.Biokatalis ini merupakan katalis heterogen,sehingga pemisahannya dari produk setelahreaksi berakhir dapat dilakukan denganmudah. Namun, enzim lipase mudahterdeaktivasi oleh alkohol yang merupakanreaktan dalam proses enzimatik sintesisbiodiesel ini [1]. Oleh karena itu,perlu dikembangkan metode baru untukmeningkatkan aktivitas dan stabilitas lipasedalam proses sintesis biodiesel [2].

Pada produksi biodiesel menggunakan metode kimia memiliki sejumlah keterbatasan seperti masalah emulsifikasi, saponifikasi dan pengolahan limbah yang tinggi. Oleh karena itu untuk menangani keterbatasan tersebut, dilakukan pendekatan terhadap produksi biodiesel dengan proses enzimatik menggunakan katalis lipase dan pengolahan limbah yang rendah. Namun sintesis enzimatik biodiesel memiliki sejumlah kesulitan dalam proses pemisahan. Sekarang telah berkembang pesat penggunaan pelarut non-volatil yaitu Ionic Liquid (IL) dalam mengurangi kerugian dari teknologi produksi biodiesel saat ini.

2

meminimalkan denaturasi dari lipase yaitu dengan menambahkan alkohol secara bertahap atau berkelanjutan ke dalam campuran reaktan . Menambahkan alkohol mampu mencegah denaturasi dari lipase dan hasil ester yang diperoleh tinggi. Namun, solusi ini belum dapat dikembangkan lebih lanjut lagi. Cara lain yang dapat dilakukan yaitu dengan menambahkan pelarut kedalam reaksi seperti Ionic Liquids (IL) [1].

Dewasa ini penelitian menggunakan pelarut IL pada proses sintesis biodiesel telah banyak dilakukan sebelumnya seperti yang disajikan dalam tabel 1.1 berikut:

Tabel 1.1 Produksi Biodiesel dengan Menggunakan Ionic Liquids[7]. Ionic liquids Bahan Baku Lipase Acyl

Acceptor

Yield Peneliti

[ Emim ] [ OTF ] Minyak kedelai Novozym 435 Metanol 80 % [4]

[ BMIM ] [ PF6 ] Minyak bunga

matahari

Novozym 435 Metanol 98% [5]

[ BMIM ] [ PF6 ] Minyak jagung Penicillium

expansum lipase

Metanol 86 % [6]

[ BMIM ] [ PF6 ] Triolein Novozym 435 Metil asetat 80 % [3]

3 1.2PERUMUSAN MASALAH

Salah satu kelemahan proses enzimatik adalah menurunnya aktifitas dan stabilitas enzim yang disebabkan oleh reaktifitas metanol yang menyerang sisi aktif enzim. Selain itu, gliserol yang terbentuk mudah teradsorp ke permukaan enzim sehingga berkurangnya sifat katalitik dari enzim. Dengan Penggunaan IL sebagai pelarut dapat memperbaiki aktifitas dan meningkatkan keefektifan dalam produksi biodiesel sawit.

1.3 TUJUAN PENELITIAN

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Mengkaji pengaruh ionic liquid sebagai pelarut terhadap sintesis biodiesel melalui reaksi transesterifikasi.

2. Mengkaji stabilitas enzim Lipozymesebagai katalis di dalam cairan ionik pada sintesis biodiesel.

1.4 MANFAAT PENELITIAN

Manfaat dari penelitian yang dilakukan adalah:

1. Untuk memperoleh informasi mengenai penggunaan ionic liquids sebagai pelarut dalam sintesis biodiesel.

2. Untuk memberikan informasi dasar kelayakan penggunaan ionic liquids terhadap ketahanan enzim lipase.

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

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN

Adapun ruang lingkup dari penelitian ini adalah :

1. Penelitian ini dilakukan di LaboratoriumKimia Organik Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Medan.

2. Bahan baku untuk sintesis biodiesel adalah Crude Palm Oil(CPO), Metanol dan Lypozime sebanyak 30% dari berat jumlah minyak.

3. Reaksi sintesis biodiesel dilangsungkan dengan variabel seperti berikut: - Rasio berat molarCPO : ionic liquid : 1:1,5 [3]

4

- Konsentrasi biokatalis : 30% [9]

- Suhu reaksi : 45 °C [9]

- Waktu reaksi : 6 jam [9]

- Kecepatan pengadukan : 150 rpm [9] Analisis yang dilakukan adalah :

1. Analisis kadarFree 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.

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 MINYAK KELAPA SAWIT

Minyak kelapa sawit diperoleh dari pengolahan buah kelapa sawit (Elaeis

guinensis).Secara garis besar buah kelapa sawit terdiri dari serabut buah(pericarp)

dan inti (kernel).Serabut buah kelapa sawit terdiri dari tiga lapis yaitulapisan luar atau kulit buah yang diseb but pericarp, lapisan sebelah dalam disebutmesocarp atau pulp dan lapisan paling dalam disebut endocarp.Inti kelapa sawitterdiri dari lapisan kulit biji (testa), endosperm dan embrio. Mesocarpmengandung kadar minyak rata-rata sebanyak 56%, inti (kernel) mengandungminyak sebesar 44%, dan endocarp tidak mengandung minyak. Minyak kelapasawit seperti umumnya minyak nabati lainnya adalah merupakan senyawa yangtidak larut dalam air, sedangkan komponen penyusunnya yang utama adalahtrigliserida dan nontrigliserida [10].

Hampir semua bagian pohon kelapa sawit dapat dimanfaatkan.Batang pohon sawit dapat digunakan untuk pembuatan pulp, bahan kimia turunan, sumber energi, papan partikel, dan juga bahan kontruksi.Buah kelapa sawit memiliki nilai ekonomis yang tinggi, dapat diolah rnenjadi minyak sawit yang bermanfaat untuk bidang pangan maupun non pangan.Bagian lainnya seperti sabut dan sludge, tandan kosong, cangkang, rninyak inti sawit dan bungkilnya juga dapat dimanfaatkan. Buah sawit umumnya memiliki panjang 2 hingga 5 cm dan berat 3 hingga 30 gram, berwarna ungu hitam pada saat muda, kemudian menjadi berwama kuning merah pada saat tua dan rnatang [11].

6

per tahun karena pengembangan lahan. Tingginya biaya produksi biodiesel dari minyak nabati lainnya justru menjadi keunggulan bagi pengembangan crude palm oil (CPO) sebagai bahan bakar alternatif. Karena bila dibandingkan dengan jenis minyak nabati lain sebagai penghasil bahan bakar alternatif, penggunaan CPO sebagai bahan baku akan jauh lebih murah[12].

2.1.1 PENGOLAHAN BUAH SAWIT MENJADI CPO

Pengolahan buah sawit menjadi CPO dilakukan dalam beberapa tahap yaitu :

 Penerimaan tandan buah segar

 Perebusan

 Perontokan

 Pelumatan

 Ekstraksi minyak

 Klarifikasi.

CPO yang diekstrak secara komersial dari TBS walaupun dalamjumlah kecilmengandung komponen dan pengotor yang tidak diinginkan.Komponen ini termasuk serat mesokrap, kelembaban, bahan-bahan tidak larut, asam lemak bebas, phospholipida, logam, produk oksidasi, dan bahan-bahan yang memiliki bau yang kuat. Sehingga diperlukan proses pemumian sebelum digunakan[13].

Gambar 2.1 Crude Palm Oil[12].

7

pemumian fisik yangmerupakan metode pemumian yang lebih popularkarena lebih

efektif dan efisien[14].

2.1.2CPO SEBAGAI BAHAN BAKU BIODIESEL

Salah satu sumber minyak nabati yang dapat dimanfaatan sebagai bahan baku biodiesel adalah Crude Palm Oil (CPO). CPO mengandung 40% - 46% asam palmitat dan 39%-45% asam oleat.CPOadalah minyak yang berasal dari daging buah sawit yang telah melewati tahap perebusan di sterilizing station dan dilanjutkan dengan pengepresan di pressing station. Dalam daging buah sawit terdapat 43%

crude palm oil yang tersusun atas berbagai jenis asam lemak, yaitu asam palmitat

(C16) 40%-46%, asam Oleat (C18-1) 39%-45%, asam linoleat (C18-2) 7%-11%, asam stearat (C18) 3,6%-4,7% dan asam miristat (C14) 1,1%-2,5% [12].

Crude palm oil (CPO) mengandung asam lemak bebas yang relatif tinggi

berkisar 3%-5%, sedangkan untuk memproduksi biodiesel asam lemak bebas harus ≤ 2%. Untuk itu, dalam penelitian ini dibutuhkan perlakuan untuk menurunkan kandungan asam lemak bebas dan menghilangkan pengotor pada minyak sebelum

crude palm oil (CPO) digunakan sebagai bahan baku biodiesel.

Tahap Degumming

Pretreatment disebut juga degumming CPO yangdilakukan

denganpenggunaan asam fosfat dan diikuti olehpembersihan menggunakan bleaching

earth.Proses degumming dilakukan untukmemisahkan getah tanpa mereduksi asam lemakyang ada di minyak. proses degummingdilakukan dengan memasukkanCPO sebanyak 60 kg ke dalam reaktor kemudiandipanaskan mencapai 80°C, kemudianditambahkan asam fosfat 85% sebanyak 0.15%dari berat CPO yang digunakan. Minyakkemudian diaduk pada kecepatan 56 rpm selama 15 menit sebelum melewati bleacher dimana bleaching earthditambahkan pada konsentrasi

0,8-2,0%,tergantung pada kualitas minyak mentah. Penambahan asam fosfat berguna

untukmengendapkan fosfatida yang tidak larutdalam air.

8

 Menyerap pengotor yang tidak: diinginkan sepertilogam, air, bahan tidak larut, sebagian karotenadan pigmen lainnya.

 Mengurangi produkoksidasi.

 Menyerap fosfolipid yang diendapkanoleh asam fosfat  Memisahkan asamfosfat berlebih setelah proses degumming.

Pemisahan asam fosfat secara sempuma sangatpenting, karena keberadaan asam

fosfat dapatmenyebabkan meningkatnya asam lemak bebasminyakyang

dihasilkan.Bleaching dilakukan pada kondisi vakum20-25 mmHgpada suhu

95-110°C denganwaktu tinggal30 hingga 45 menit.Untuk alasan kualitas, biasanya

minyak dilewatkan padabarisankantong penyaring untuk menjebakpartikel bleaching

earth.Proses ini sangat penting karena keberadaan sisa bleaching earthakan

mengurangi stabilitas oksidasi RBDPOyang dihasilkan[13].

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

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].

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].

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

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].

14

Minyak mentah dan lemak dapat diekstrak dari sayurdan sumber hewani untuk menjadi salah satu alternatif penggunaanbahan bakar fosil , namun tidak dapat menjalanipembakaran langsung dalam mesin diesel modern karenaviskositas dan kerapatan yang tinggi [16]. Minyak terdiri dari trigliserida yangdapat dikonversi menjadi biofuel menggunakan tiga teknik pengolahanutamapirolisis, juga dikenal sebagaicracking, microemulsification dan transesterifikasi adalah metode yang paling popular [27]. Minyak juga terdapat asam lemak bebas yang dapat dikonversi keester dengan proses esterifikasi.

Biodiesel dianggap sebagai bahan bakar yang menjanjikan sebagai bahan bakar fosil.Secara kimia, biodiesel merupakan campuran asam lemak alkil ester (FAME) yang dihasilkan dari berbagai bahan minyak, seperti minyak nabati, lemak hewan dan limbah minyak.FAME diperoleh dengan transesterifikasi katalitik dari trigliserida dengan alkohol (biasanya metanol atau etanol). Transesterifikasi kimia telah digunakan untuk produksi industri biodiesel meskipun proses memiliki beberapa kelemahan yaitu energi yang intensif, pemulihan gliserol yang harus dikeluarkan dari produk, limbah yang memerlukan perawatan dan asam lemak bebas yang mengganggu dalam reaksi [28].Baru-baru ini sintesis enzim biodiesel telah banyak dilakukan. Proses enzimatik ini memiliki banyak keuntungan dibandingkan metode kimia. Pemulihan produk lebih mudah dan konversi yang tinggi, sedangkan kelemahan utama adalah penonaktifan enzim sebagai akibat dari hidrofilik sifat substrat alkohol yang membatasi jumlah operasi daur ulang yang dapat dilakukan. Cairan ionik (ILS) telah terbukti sebagai pelarut yang baik untuk banyak proses biokimia dan memiliki kemampuan luar biasa untuk menstabilkan enzim selama terus menerus operasi [29].

[image:32.595.246.391.84.195.2]

15

Gambar 2.5 Campuran Reaksi Biodiesel, Gliserol dan Enzim dengan IL Padat [30] 2.4.1 REAKSI TRANSESTERIFIKASI

Reaksi antara minyak (trigliseraldehida) dan alkohol merupakan reaksi transesterifikasi. Transesterifikasi adalah suatu reaksi yang menghasilkan ester dimana salah satu pereaksinya juga merupakan senyawa ester. Jadi disini terjadi pemecahan senyawa trigliseraldehida dan migrasi gugus alkil antara senyawa ester. Ester yang dihasilkan dari dari reaksi transesterifikasi ini disebut biodiesel.Reaksi transesterifikasi merupakan reaksibolak balik yang relatif lambat. Untukmempercepat jalannya reaksi dan meningkatkanhasil, proses dilakukan dengan pengadukanyang baik, penambahan katalis dan pemberianreaktan berlebih agar reaksi bergeser ke kanan.Pemilihan katalis dilakukan berdasarkankemudahan penanganan dan pemisahannya dari produk.

Reaksi transesterifikasi memerlukan minyak berkemurnian tinggi (kandungan%FFA <2%). Kandungan FFA yang tinggi pada minyak akan mengakibatkan reaksitransesterifikasi terganggu akibat terjadinya reaksi penyabunan antara katalisdengan FFA. Reaksi penyabunan ini terjadi seiring dengan berjalannya reaksitransesterifikasi, apabila kandungan FFA kecil (<2%) maka kecepatan reaksipenyabunan relatif lebih lambat dibandingkan reaksi transesterifikasi begitu jugasebaliknya reaksi penyabunan akan berjalan jauh lebih cepat ketika kandunganFFA-nya tinggi sehingga yang terjadi bukanlah reaksi pembentukan metil ester(biodiesel) melainkan reaksi pembentukan sabun[31].

[image:33.595.151.489.84.260.2]

16

Gambar 2.6SkemadariSintesis Biodiesel dengan Proses Transesterifikasi [7] Seperti yang diamati, rasio stoikiometri antara alkoholdan minyak untuk transesterifikasi adalah 3:1. Namuntransesterifikasi minyak nabati adalah reaksireversibel, sehingga hasil reaksi tergantung pada pergeserandari kesetimbangan kimia dalam mendukung ester. Oleh karena itu, kelebihanalkohol umumnya lebihtepat untuk meningkatkan perpindahan darireaksi kesetimbangan ke arah produk [8]. Selain itu, diperlukan untuk mengoptimalkanfaktor lain seperti konsentrasi katalis,suhu dan agitasi media reaksi[18]. Lebih khusus lagi,proses transesterifikasi memiliki urutan tigatahap. Langkahpertama mengubahtrigliserida menjadi digliserida kemudian menjadi monogliserida, di langkah terakhir gliserol diperoleh dari monogliserida. Kehadirankatalis biasanya diperlukan untukkonversi yang lebih efektif dari minyak menjadi biodiesel.

2.5 CAIRAN IONIK SEBAGAI PELARUT PADA PROSES ENZIMATIS BIODIESEL

17

selama reaksi, penggunaan asil lainnya akseptor seperti metil dan etil asetat.imobilisasi enzim, penggunaan pelarut organik lainnya seperti t-butanol, heksana, n-heptana, 1,4-dioksan, penggunaan asam yang mengandung lemak bahan baku dan modifikasi genetik lipase untuk toleransi metanol yang lebih tinggi. Namun demikian beberapa pelarut tersebut dapat menjadi racun untuk enzim lipase sehingga turunya aktivitas dan stabilitas enzim.Selain itu juga mengamati bahwa lipase dapat dinonaktifkan oleh gliserol yang merupakan produk sampingan dari transesterifikasi.Dengan demikian dibutuhkan pelarut hijau dan ramah lingkungan untuk menghasilkan biodiesel.Karena sifat unik dan ramah lingkungan mereka, cairan ionik telah diidentifikasi sebagai pilihan yang menjanjikan untuk memenuhi kebutuhan tersebut.Transesterifikasi enzimatik minyak nabati dalam cairan ionik telah dibuktikan oleh beberapa kelompok dalam memproduksi biodiesel.Menempatkan enzim dalam katalis jenis cairan ionic imidazolium sebagai pelarutyang dapat melindungi lipase dari penonaktifan oleh methanol.Biasanya cairan ionik mengandung lebih pendek rantai kation 1,3-dialkylimidazolium (misalnya, [BMIM] PF6 atau [BMIM] NTf2) dan Reaksi dilakukan dalam sistem biphasic yang membutuhkan sejumlah air. Manfaat ini adalah untuk melindungi enzim dan menghindari interaksi langsung dengan metanol sehingga memungkinkan untuk digunakan kembali lipase di dalamreaksi transesterifikasi [30].

2.6PELARUT DALAM SINTESIS BIODIESEL 2.6.1 CAIRAN IONIK (IONIC LIQUID)

Ionic liquids (IL)merupakan garam yang cair pada suhu kamar dan

18

Ionic liquidsterdiri dari aniondan kation yang cair pada suhu kamar,berbeda

dengan garam-garam anorganik sederhana yang hadirdengan titik lelehyang tinggi . Senyawa ini mungkin cairanpada suhu serendah -96°C. Namundaya tarik ioncukup untuk senyawa ini yang memiliki hampirtekanan uap nol yang berarti bahwa tidak adaemisi senyawa organik volatil (VOC)saat digunakan. Selain itumereka bisa berwarna,tidak mudah terbakar, memiliki aktivitas katalitik yang tinggi, rendahviskositas, potensi daur ulang dan mudahdimanipulasi.Karakteristik paling menarik dari IL adalah kemungkinan merancang molekulyang bertujuan pada aplikasi tertentu atau untukmendapatkan satu set sifat tertentu seperti peleburantitik, viskositas, densitas, kelarutan air danselektivitas.Senyawa ini juga memiliki kemampuan untuk melarutkanberbagai zat yang berbeda [18]. IL menyajikaninteraksi yang sama ditemukan di pelarut organik konvensionalseperti ikatan hidrogen, dipol – dipoldan interaksi van der Waals, tetapi juga hadirinteraksi ionik seperti reaksitarik elektrostatikatau tolak antara partikel bermuatan,yangmembuat mereka sangat larut.Selain itu, kation biasanya memilikialkil rantaipanjang yang menentukan kelarutan dalam cairan apolar.

Meskipun ada banyak cairan ionik yang tersedia, dua cairan ionik yang telah digunakan dalam rekasi transesterifikasi dengan hasil yang menguntungkan adalah 1butil-3-metilimidazoliumhexafluorophosphate[BMIM][PF6] dan 1-butil-3methylimidazoliumtetrafluoroborate [BMIM][BF4].Perbedaan utama antara kedua cairan ionik adalah bahwa [BMIM] [ PF6] adalah hidrofobik (yang jarang di antara pelarut organik polar), sementara [BMIM][BF4] adalah hidrofilik. Sebuah cairan ionik hidrofilik bisa strip air yang dibutuhkan untuk lipase untuk mempertahankan aktivitas katalitik, mengakibatkan deaktivasi lipase. Sebagai juga diketahui bahwa anion lain yang lebih nukleofilik dari PF6 anion, yang dapat menyebabkan mereka untuk mengkoordinasikan lebih kuat ke situs bermuatan positif dalam struktur lipase. Hal ini akan menyebabkan perubahan konformasi dalam struktur enzim, sehingga membuat mereka tidak aktif[21].

2.6.2 PENGGUNAAN ULANG TERHADAP CAIRAN IONIK

cair-19

cairdengan air dan heksana dalam dua langkah berturut-turut, serta pemulihan cairan ionik dan biokatalis yang kemudian dapat digunakan kembali dalam siklus berikutnya untuk produksi biodiesel setelah penambahan alkohol dan trigliserida sebagai substrat.

20 2.6.3[BMIM][PF6]

[BMIM][PF6] atau 1-Butyl-3-Methylimidazolium Hexafluorophosphate

adalah suatu cairan ionik yang terdiri dari kation 1-Butyl-3-Methylimidazoliumdan anion PF6yang bersifat hidrofobik yang tidak mampu bercampur dengan air [32].[BMIM][ PF6] memiliki rumus molekul C8H15N2-PF6 dengan struktur sebagai berikut:

[image:37.595.236.407.211.272.2]

Gambar 2.7 Struktur Molekul [BMIM][ PF6] [33] Tabel 2.1 Sifat Fisik Cairan Ionik [BMIM][PF6] [33]

Moleculer weight

Density gr/cm-3

Viscosity (cP)

Melting point

(°C)

Solubility (%W/W)

Log Poct Solvent in

water

Water in solvent

284 1.362 300 -8 1.8 1.4 -0.69

2.7 POTENSI EKONOMI BIODIESEL DARI CPO

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.

21

digunakan dalam produksi dan harga jual biodiesel. Dalam hal ini, harga biodiesel mengacu pada harga komersial CPO dan biodiesel.

Harga CPO = Rp 7500/ liter[34] Harga Biodiesel = Rp 8400/ liter[34]

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.

22

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

2.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN

Penelitian dilakukan di Laboratorium Penelitian, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan.Penelitian ini dilakukan selama lebih kurang 6 bulan.

2.2 BAHAN DAN PERALATAN 3.2.1 BahanPenelitian

Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain: 1. Degummed Palm Oil (DPO)

2. Metanol 3. Lipozyme

4. Aquadest (H2O)

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

7. Phenolftalein (C20H14O4) 8. Poly Vinil Alcohol Teknis

9. ([BMIM][PF6])

3.2.2PeralatanPenelitian

Pada penelitian ini peralatan yang digunakan antara lain:

1. Erlenmeyer

2. Shaker

3. Magnetic stirrer

4. Pemanas

5. Hot Plate

6. CorongPemisah

7. Beaker Glass

23 9. Neraca Digital

10. BatangPengaduk 11. Termometer 12. CorongGelas 13. PipetTetes 14. StatifdanKlem 15. Stopwatch

16. Piknometer

17. Viskosimeter Ostwald 18. KaretPenghisap 19. Buret

2.3 RANCANGAN PERCOBAAN

Penelitian ini dilakukan dengan mengulangi sebanyak 4 kali variabel acak dalam rancangan percobaan Aira. Adapun kombinasi perlakuan penelitian dapat dilihat pada tabel 3.1 berikut:

Tabel 3.1 Rancangan Percobaan Penelitian

Variasi Run

KondisiReaksi

JumlahPemak aian Suhu

(oC)

Rasio Molar DPO : CairanIonik JumlahBiokat alis (b/b) TanpaCairanIo nik 45 - 30 1 2 3 4 DenganCairanI

onik 1:1,5

24 2.4 PROSEDUR PENELITIAN 3.4.1 ProsedurDegumming CPO

Proses degumming ini dilakukan dengan mengadopsi prosedur yang dilakukan olehSatrianadan Muhammad [35], Prateepchaikul dkk [36] dan Alkabbashi dkk [37] yaitu:

1. CPO sebanyak 300 gram dimasukkan kedalam erlenmeyer dan dipanaskan dalam hot plate dimana temperatur air dan minyak dijaga konstan pada 60 o

C.

2. Asamfosfat(H3PO4) sebanyak0,6 % (b/b) CPO ditambahkankedalamerlenmeyer

3. Campuran diaduk homogen pada kecepatan 400 rpm selama 15 menit hingga kandungan CPO itu terlihat semi-transparan, cokelat gelap.

4. Campuranhasilreaksidisaringdengankertassaring.

3.4.2ProsedurUtamaSintesis Biodiesel denganReaksiTransesterifikasi

1. Degummed Palm Oil (DPO), methanoldancairanionik denganrasiomoltertentudimasukkankedalamerlenmeyer.

2. Lipozymesebanyakjumlahtertentudariberat total DPO

danmethanoldimasukkankedalamcampuran.

3. Campurandipanaskandenganpemanashinggamencapaisuhureaksitertentuke mudiandihomogenkancampuranmenggunakanshakerdengankecepatan150 rpmselama6jam.

4. Pemanasdanshakerdimatikankemudiancampurandibiarkansampaiterbentuk 3 lapisan

25 3.4.3 ProsedurAnalisis

3.4.3.1 AnalisisAktivitasEnzimLipasedenganMetodeHidrolisis

Analisisa aktivitas enzim lipase dengan metode hidrolisis yang dilakukan oleh Minosvka [38] yaitu :

1. 2 ml Degummed Palm Oil (DPO) dan 15 ml aquadestditambahkan ke dalam

erlenmeyer.

2. PVA teknis (Poly Vinil Alcohol) sebanyak 0,3 gram dimasukkan kedalamcampuran.

3. Lipozyme dimasukkan ke dalam campuran dengan konsentrasi 10% dari berat

total DPO dan aquadest.

4. Reaksi hidrolisis ini dilangsungkan selama 1 jam pada suhu 33 °C.

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.

3.4.3.2 Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku DPOdenganMetode TesAOCS Official MethodCa 5a-40

Untuk Analisis kadar FFA bahan baku DPO sesuai dengan AOCS Official

MethodCa 5a-40 dengan prosedur sebagai berikut

1. Bahan baku DPO 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. Titikakhirtercapaijikawarnalarutanberwarnamerahrosa dan warna ini bertahan

selama 10 detik.

Kadar FFA= T x V x BM beratsampel x 10 Dimana: T = normalitaslarutanNaOH

26

3.4.3.3 AnalisisKomponenAsamLemakDalamTrigliseridaBahan Baku DPO dan Biodiesel yang dihasilkanmenggunakan GCMS

Komposisi bahan baku DPO serta biodiesel yang dihasilkanakan di Analisis menggunakan instrumen GCMS pada Laboratorium Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) untuk mengetahui komponen asam lemak dalam trigliserida seperti asam oleat, asam palmitat, dan asam stearat.

3.4.3.4 AnalisisViskositas Biodiesel yang dihasilkandenganMetodeTes ASTM D 445

Viskositasadalahukuranhambatancairanuntukmengalirsecaragravitasi, untukalirangravitasidibawahtekananhidrostatis,

tekanancairansebandingdengankerapatancairan.Satuanviskositasdalamcgsadalah cm2 per detik (Stokes).Satuan SI untukviskositas m2 per detik (104 St).Lebihseringdigunakan centistokes (cSt) (1cSt =10-2 St = 1 mm2/s). UntukAnalisisviskositasmenggunakanmetodetes ASTM D-445.Untukpengukuranviskositasinimenggunakanperalatanutamayaituviskosimeter

Ostwald tube tipekapiler,viscosimeter holderdan bath pemanaspada 37,8oC.Termometer yangdigunakandenganketelitian0,02oC danmenggunakan stop watch denganketelitian 0,2detik

3.4.3.5 Analisis Densitas Biodiesel yang dihasilkan dengan Metode Tes OECD 109

UntukAnalisisdensitasmenggunakanmetodetesOECD

27 3.5 FLOWCHART PENELITIAN

[image:44.595.110.519.118.571.2]

3.5.1 Flowchart ProsedurDegumming CPO

Gambar 3.1 Flowchart ProsedurDegumming CPO

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

Dipanaskan dalam hot plate pada temperatur konstan 60 oC

Selesai Mulai

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

28

[image:45.595.118.505.152.692.2]

3.5.2 Flowchart ProsedurSintesis Biodiesel denganReaksiTransesterifikasi

Gambar 3.2 Flowchart Sintesis Biodiesel denganReaksiTransesterifikasi Mulai

DPO,metanoldanionic

liquiddimasukkandenganrasiomoltertentukedalamerlenme

Campurandihomogenkanmenggunakanshakerdengankecepatan150 rpm selama6 jam

Lipozymedenganjumlahtertentudariberat total DPO

danmetanoldimasukkankedalamcampuran

Campurandipanaskandenganpemanashinggamencapaisuh ureaksitertentu

Pemanasdan shakerdimatikan Campurandibiarkanhinggaterbentuk3la

pisan

Diambillapisanatasyang merupakanmetil ester kemudiandipisahkandaricampuran

Lapisanbawahdigunakankembaliuntukpeng ulanganselanjutnya

29

[image:46.595.141.500.175.586.2]

3.5.3Flowchart AnalisisAktivitasEnzim Lipase denganMetodeHidrolisis

Gambar 3.3Flowchart AnalisisAktivitasEnzim Lipase denganMetodeHidrolisis Mulai

2ml Degummed Palm Oil (DPO) dan 15 ml

aquadestditambahkankedalamerlenmeyer.

PVA teknis (Poly Vinil Alcohol) sebanyak 0,3 gram dimasukkankedalamcampuran.

Lipozymedimasukkankedalamcampurandengankons

entrasi 10% dariberat total DPO danaquadest

Reaksihidrolisisinidilangsungkanselama 1 jampadasuhu 33 °C

Sampelsebanyak 2 ml

diambiluntukdititrasimenggunakanNaOH 0,05

Nilai FFA kemudiandihitung

30

[image:47.595.180.514.203.590.2]

3.5.4 Flowchart Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku DPO denganMetodeTesAOCS Official MethodCa 5a-40

Gambar 3.4 Flowchart Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku DPO Mulai

BahanbakuDPO sebanyak7,05 ± 0,05 gram dimasukkankedalamerlenmeyer.

Ditambahkanetanol 95% sebanyak 75 ml

Campurandikocokkuatkemudianditambahkan indikatorfenolftalein 3-5 tetes

CampurandititrasidenganNaOH 0,25 N

Apakahlarutanberwarname rahrosa?

Ya

Tidak

Kadar FFA dihitung

31

[image:48.595.117.524.143.518.2]

3.5.5 Flowchart AnalisisViskositas Biodiesel yang DihasilkandenganMetode Tes ASTM D 445

Gambar 3.5 Flowchart AnalisisViskositas Biodiesel yang Dihasilkan

3.5.6 Flowchart AnalisisDensitas Biodiesel yang DihasilkandenganMetode Tes OECD 109

Mulai

Piknometerdikalibrasidengan air untukmengetahui volume piknometer Piknometerdiisidenganhasilsintesis biodiesel

Massanyaditimbang Densitassampelpercobaandihitung

Selesai Mulai

Viskosimeterdikalibrasidengan air untukmenentukankonstantaviskosimeter

Sampelberupa biodiesel dimasukkansebanyak 5 ml kedalamviskosimeter

Sampeldihisapdengankaretpenghisaphinggamelewat ibatasatasviskosimeter

Waktualirsampeldicatatdaribatasatashinggabatasbawah

Selesai

Sampeldibiarkanmengalirkebawahsampaibatas bawahviskosimeter

Pengukurandilakukansebanyak 3 kali

32

Gambar 3.6Flowchart AnalisisViskositas Biodiesel yang Dihasilkan

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 ANALISIS BAHAN BAKU CPO (CRUDE PALM OIL)

Pada penelitian ini bahan baku yang digunakan yaitu CPO (Crude Palm Oil). CPO (crude palm oil) merupakan minyak kasaryang diperoleh dengan cara ekstraksi daging buahsawit dan biasanya masih mengandung kotoranterlarut dan tidak terlarut dalam minyak. Pengotoryang dikenal dengan sebutan gum atau getah ini terdiridari fosfatida, protein, hidrokarbon, karbohidrat, air, logam berat dan resin), asam lemak bebas (FFA),tokoferol, pigmen dan senyawa lainnya (Ristianingsih).CPO juga merupakan bahan baku yang potensial untuk energi terbarukan, khususnya biodiesel dengan menghilangkan gumyang mampu menyumbat pori-pori dan sisi aktif enzim sehingga mengurangi kinerja dari enzim lipase sendiri.

[image:49.595.179.442.451.595.2]

Berikut adalah perbandingan ALB pada CPO dengan menganalisis kadar FFA sebelum dan setelah proses degumming seperti yang terlihat pada gambar 4.1

Gambar 4.1 Analisis Kadar FFA terhadap CPO Sebelum dan Sesudah

Degumming

Berdasarkan gambar 4.1, diperolehpenurunan kadar FFA setelah degumming sebesar 35,37%. Menurut Haryono dkk [39] proses degumming dilakukan agar gum atau getahdapat diminimalkan terdapat di dalam CPO. Karenapada dasarnyagum merupakan senyawa organik berupa phospolipid atau phospatida, maka pada penelitian inikadar gum diukur berdasarkan kadar fosfornya.Bedasarkan hasil

0 1 2 3 4 5 6

Ka

d

a

r FFA

(

%

)

33

analisis, dengan penambahan 0,6 % (b/b) asam posfat (H3PO4) 85% telah terjadi penurunan kadar fosfor sebelum diperlakuan (CPO) mengalami penurunan yaitudari 28,8 ppm menjadi 6,87-17,87 ppmsetelah perlakuan[39]. 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. Manurung, dkk., 2014 telah melakukan penelitian sebelumnya menggunakan bahan baku CPO tanpa degumming dan metil asetat sebagai akseptor asil diperoleh yield biodiesel sebesar 16,05 %, dimana perolehan yield ini jauh lebih kecil dibandingkan dengan menggunakan bahan baku CPO yang telah di-degumming [40]. Perolehan yield yang lebih kecil ini disebabkan masih banyak pengotor berupa getah pada CPO sebelum degummingyang 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

[image:50.595.146.467.464.700.2]

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

34

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). Komponen trigliserida dapat dihidrolisis oleh lipase, karena lipase bereaksi denganikatanesterasamkarboksilatuntuk menghidrolisislemakatau minyak.Minyak sawit kasar mengandung trigliseridasebagai penyusun utama, dan sebagian kecil komponen nontrigliserida.

[image:51.595.135.509.147.317.2]

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

35

Berdasarkan komposisi asam lemak jenuh dan tidak jenuh dalam CPO maka dimungkinkan paling sedikit 39,2172% asam lemak akan terkonversi menjadi ester dengan menggunakan Lipozyme. Tetapi karena asam lemak pada CPO yang lebih dominan adalah asam lemak tak jenuh yaitu sekitar 60,7827 % penggunaan enzim yang non spesifik seperti Novozym 435 memungkinkan akan memberikan hasil yang lebih baik karena Lipozyme bekerja pada posisi spesifik sn1 dan sn3. Tetapi dari hasil penelitian yang dilakukan diperoleh yield sebesar 79% dengan menggunakan

Lipozyme, sedangkan Manurung dkk (2014) memperoleh 68,14% menggunakan Novozyme 435 [37]. Sehingga meskipun lypozimemerupakan enzim spesifik ternyata

pada penelitian ini memperoleh yield yang lebih besar dengan variabel waktu 15 jam, suhu 45°C dan jumlah biokatalis 30%. Biodiesel terbentukmelalui reaksi antara senyawa ester (CPO) dengansenyawa alkohol (metanol) sehingga terbentuksenyawa ester baru [41].

4.2 PENGARUH IL[BMIM (PF6)]TERHADAP PEROLEHAN YIELD

[image:52.595.128.449.435.630.2]

Adapun pengaruh IL[BMIM (PF6)]terhadap perubahan yield diperlihatkan pada gambar 4.3.

Gambar 4.3 Pengaruh IL [BMIM (PF6)] terhadap Perolehan Yield

Pada gambar 4.3 dapat dilihat bahwa IL berpengaruh terhadap peningkatan persen yield.IL BMIM termasuk kedalam golongan immidazolium yang memiliki sifat katalitik, sehingga IL juga dapat mengkatalisa reaksi dan memungkinkan dapat memperbaiki kemampuan katalitik dari enzim.Dilaporkan oleh (Zhou, 2011), selain

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Y ie ld ( % )

Tanpa Cairan Ionik Dengan Cairan ionik Pengulangan 1

36

dapat mempertahankan aktifitas enzim, cairan ionik pada golongan immidazolium memiliki kemampuan sifat katalitik yang mampu meningkatkan konversi [7]. Sehingga kemungkinan bahwa peningkatan yield disebabkan oleh BMIM mengkatalisa reaksi bersama enzim disamping peranya sebagai solventatau dengan peranya sebagai solvent dapat memperbaiki kinerja katalitik enzim. Berdasarkan grafik hasil penelitian diatas dapat dilihat bahwa total persen perolehan yield tanpa IL sebesar 63,56 % dan terjadi peningkatan sebesar 5,42 % pada penggunaan IL, sehingga perolehan persen yield menjadi sebesar 68,89 %.

Pada saat fasa gliserol terbentuk, kehadiran IL membuat gliserol tertarik ke fasa IL sehingga tidak menutup permukaan enzim dan menyebabkan aktifitas enzim dapat dipertahankan.Jika tanpa IL, gliserol yang terbentuk dapat teradsorp kuat ke permukaan enzim. Meng and Salihon (2011), menggunakan minyak sawit sebagai bahan baku dan metanol sebagai akseptor asil dengan rasio molar 1:3 pada suhu reaksi 40 oC selama 5 jam memperoleh yield biodiesel sebesar 22% [42]. Sedangkan pada penelitian ini dengan waktu 6 jam dan suhu 45 oC diperoleh yield biodiesel sebesar 63,56 %. Namun, setelah pemakaian IL dan variabel yang sama terjadi peningkatan yield biodiesel menjadi 68,89 %.

Penerapan cairan ionik juga mampu menciptakan sistem katalitik yang dapat digunakan dalam transesterifikasi minyak menjadi biodiesel.Vasudevan dan Briggs (2008) menyatakan bahwa laju reaksi transesterifikasi meningkat dalam sistem pelarut dibandingkan dengan sistem bebas pelarut [43].Cairan ionik yang digunakan pada penelitian ini adalah [BMIM][PF6] atau 1-Butyl-3-Methylimidazolium

37

4.3 PENGARUH IL[BMIM (PF6)] TERHADAP KINERJA ENZIM

Pada penelitian ini pemakaian ulang Lipozymesebanyak 4 kali baik tanpa IL maupun dengan IL. Pengaruh IL terhadap kinerja enzim diperlihatkan pada gambar 4.4.

Gambar 4.4 Pengaruh Cairan Ionik terhadap Kinerja Enzim

Pada gambar 4.4 faktor penurunan yield dapat disebabkan oleh site active dan sifat alami enzim, dimana sisi aktif enzim dipengaruhi oleh gliserol dan sifat alami dipengaruhi oleh metanol yang mampu mendenaturasi enzim. Sifat lain dari katalis enzim mampu mengkonversi seluruh asam lemak bebas didalam reaksi dengan menghasilkan produk dari bahan baku minyak dan lemak [44]. Deaktivasi enzim ditentukan oleh penurunan atom karbon dalam alkohol [45].

Pada penelitian ini aseptor asil yang digunakan adalah metanol. Metanol umumnya lebih tepat untuk meningkatkan perpindahan dari reaksi kesetimbangan ke arah produk dalam proses transesterifikasi, rasio stoikiometri antara alkohol dan minyak adalah 3:1 [8]. Dalam mengatasi masalah aktifitas enzim yang dipengaruhi oleh metanol, penggunaan pelarut cairan ionik dapat menjadi solusi untuk menurunkan efek penghambatan dari metanol.Beberapa sifat dari cairan ionik yang berkaitan dengan aktivitas dan stabilitas enzimadalah polaritas, kapasitas ikatan hidrogen, viskositas dan hidrofobik [22].

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Y ie ld ( % )

Tanpa Cairan Ionik Dengan Cairan Ionik

Jumlah Pemakaian Ulang

Pengulangan 1

Pengulangan 2

Pengulangan 3

38

Berdasarkan grafik hasil penelitian diatas dapat dilihat bahwa terjadi penurunan kinerja enzim pada tiap pemakaian ulang dari perolehan yield baik menggunakan IL maupun tanpa IL. Pada reaksi transesterifikasi pengulangan I menggunakan IL diperoleh yield sebesar 68,98 % tanpa IL sebesar 63,56 %, pengulangan II menggunakan IL diperoleh yield sebesar 65,22 % tanpa IL sebesar 57,11 %, pengulangan III menggunakan IL diperoleh yield sebesar 62,16 % tanpa IL sebesar 44,62 %, pengulangan IV menggunakan IL diperoleh yiled sebesar 56,12 % tanpa IL sebesar 26,56 %. Penurunan yield dapat disebabkan karena menurunya aktifitas enzim dengan rata-rata penurunan yield dengan menggunakan IL sebesar 4,28 %, sedangkan tanpa IL penurunan yield sebesar 12,33 %. Hal ini disebabkan cairan ionik mampu mempertahankan aktifitas kerja enzim sehingga penggunaan cairan ionik berpengaruh terhadap kinerja biokatalis yang di ulang.

Pelarut juga dapat melarutkan gliserol oleh produk yang dapat mencegah lapisan permukaan enzim dan efek penghambatan [46].Sistem pelarut memberikan campuran homogen antara reaktan dan produk yang mengurangi penghambatan enzim dan menstabilkan lipase dalam reaksi [47].Vasudevan dan Briggs (2008) menyatakan bahwa laju reaksi transesterifikasi meningkat dalam sistem pelarut bila dibandingkan dengan sistem bebas pelarut [43].

4.4 ANALISIS AKTIVITAS ENZIM LIPOZYME

Analisis aktivitas enzim lipase dengan metode hidrolisis yang dilakukan oleh Minosvka [38].Pada penelitian ini digunakan persen hidrolisa minyak sawit (DPO) sebagai parameter untuk mengetahui kinerja aktivitas enzim Lipozyme.diperlihatkan pada gambar 4.5 berikut.

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 P ers en H id ro li sa

Tanpa Cairan Ionik Dengan Cairan Ionik Sebelum Pemakaian Ulang