REAKSI TRANSESTERIFIKASI DEGUMMED PALM
OIL (DPO) UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL
SAWIT MENGGUNAKAN LIPOZYME TL IM
SEBAGAI BIOKATALIS
SKRIPSI
Oleh
100405011
AIRA DARUSMY
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
REAKSI TRANSESTERIFIKASI DEGUMMED PALM
OIL (DPO) UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL
SAWIT MENGGUNAKAN LIPOZYME TL IM
SEBAGAI BIOKATALIS
SKRIPSI
Oleh
100405011
AIRA DARUSMY
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
REAKSI TRANSESTERIFIKASI DEGUMMED PALM OIL (DPO) UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL SAWIT MENGGUNAKAN
LIPOZYME TL IM SEBAGAI BIOKATALIS
dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya.
Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku
Medan, 5 Februari 2015
PRAKATA
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Reaksi Transesterifikasi Degummed Palm Oil (DPO) untuk Menghasilkan Biodiesel Sawit Menggunakan Lipozyme TL IM sebagai Biokatalis”, 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 Degummed Palm Oil (DPO) dengan reaksi transesterifikasi menggunakan katalis enzim lipase, sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan khususnya mengurangi jumlah penggunaan bahan bakar fosil.
Selama melakukan penelitian hingga penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis. Untuk itu secara khusus penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada Ibu Ir. Renita Manurung, MT.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, 5 Februari 2015 Penulis,
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada :
1. Kedua orang tua penulis tercinta, Sakirman dan Henny serta abang-abang tercinta, Iqbal dan Kiswa yang telah banyak mendukung penulis sampai saat ini.
2. Ir. Renita Manurung, MT selaku dosen pembimbing serta koordinator skripsi yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan dalam
menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.
3. Dr. Ir. Taslim, M.Si dan 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. Nur Sri Rahayu atas kerjasamanya yang baik hingga akhir selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.
9. Walad Wirawan yang memberikan dukungan dan semangat secara spesial kepada penulis.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Aira Darusmy
NIM : 100405011
Tempat, tanggal lahir : Medan, 30 Desember 1991 Nama orang tua : Sakirman dan Henny Alamat orang tua :
Jl. Amal Gg. Melati IV No 33 Medan
Asal Sekolah:
• SD Sultan Iskandar Muda Medan 1998-2004
• SMP Negeri 9 Medan tahun 2004 – 2007
• SMA Negeri 15 Medan tahun 2007 – 2010 Pengalaman Kerja dan Organisasi:
1. Covalen Study Group (CSG) periode 2012-2013 sebagai Bendahara Umum
2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2012/2013 sebagai Anggota Bakat dan Minat
3. Asisten Laboratorium Kimia Fisika Departemen Teknik Kimia FT USU tahun 2013-2014 modul Viskositas dan Kurva Kelarutan. Artikel yang telah dipublikasikan dalam jurnal:
ABSTRAK
Biodiesel umumnya disintesis dengan reaksi transesterifikasi antara trigliserida dan alkohol dengan penambahan katalis asam atau basa sehingga terdapat limbah proses kimia. Proses alternatif lain yaitu dengan menggunakan biokatalis berupa enzim untuk mensintesis biodiesel yang tidak menghasilkan limbah proses kimia. Pada penelitian ini, sintesis biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) yang telah di degumming dan metanol sebagai donor asil telah dilakukan dengan menggunakan Lipozyme sebagai biokatalis. Adapun tujuan dari penelitian ini adalah mengkaji pengaruh suhu dan jumlah biokatalis terhadap sintesis biodiesel yang dihasilkan dari CPO serta mengkaji pengaruh penggunaan metanol terhadap aktifitas enzim lipase dalam mengkatalisis sintesis biodiesel melalui reaksi transesterifikasi. Variabel pada penelitian ini adalah jumlah biokatalis dan temperatur, dan responnya terhadap konversi yield pada biodiesel yang disajikan dengan menggunakan metode permukaan respon dengan software Minitab. Reaktan dan produk yang dihasilkan dianalisis dengan menggunakan Gas Chromatography Mass Spectrometry (GCMS). Yield yang diperoleh sebesar 10% - 79% dengan waktu reaksi selama 15 jam. Pengaruh variabel terhadap yield dilihat dari suhu reaksi memberikan pengaruh negatif sebesar 0,6738 kali terhadap pembentukan produk biodiesel. Diikuti dengan variabel jumlah biokatalis memberikan pengaruh yang signifikan sebesar 22,8091 kali terhadap pembentukan produk biodiesel. Begitu pula interaksi suhu reaksi dan jumlah biokatalis yang memberikan pengaruh negatif. Sehingga dari hasil analisis yang diperoleh, dapat dikatakan bahwa jumlah biokatalis merupakan faktor yang paling berpengaruh pada sintesis biodiesel. Pada akhirnya, dibutuhkan penelitian yang lebih lanjut mengenai variabel yang berpengaruh pada sintesis biodiesel dan pemakaian ulang lipozyme sebagai biokatalis pada run yang memperoleh yield tertinggi. Yield tertinggi diperoleh pada suhu reaksi 45 °C dan jumlah katalis sebesar 30%. Pada pemakaian ulang lipozyme, dapat dilakukan pengulangan sebanyak empat kali dan memperoleh total penurunan yield sebesar 77%.
ABSTRACT
Biodiesel is usually synthesis by transesterification of triglycerides and alcohols in the presence of an acid or an alkaline catalyst but it could produce a chemical waste process. An alternative process is using biocatalyst such as enzyme to synthesis biodiesel that couldn’t produce chemical waste process. In this research, the synthesis of biodiesel from crude palm oil (CPO) that through the process of degumming and methanol as acyl donor has been investigated with using of Lipozyme as biocatalyst. The purpose of this experiment is to examine the effect of the temperature and the amount of biocatalyst for the synthesis of biodiesel that produced from palm oil and examine the effect of the use of methanol to the lipase enzyme activity in catalyzing the synthesis of biodiesel through transesterification reaction. The variables in this research are the amount of biocatalyst and temperature, and their responses with yield conversion of biodiesel were representated using response surface methodology (RSM) with Minitab software. The reactants and products were analyzed using Gas Chromatography Mass Spectrometry (GCMS). Yield raging from 10-79 % were achieved in 15 hours reaction time. The variable effect of yield can be known from the temperature gives negative result about 0,6738 for the formation of biodiesel product. Afterwards the amount of biocatalyst gives positive result about 22,8091 and interaction between temperature and the amount of biocatalyst give negative result. The results showed that the most influential variable is the amount of biocatalyst. Therefore, this experiment would need further investigation works and analysis and reuse of lipozyme as biocatalyst on the run which obtained the highest yield. The highest yield was obtained at a reaction temperature of 45 ° C and the amount of catalyst by 30%. In the reuse of lipozyme, can be repeated four times and obtained the total of the decrease in yield of 77%.
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN UJIAN SKRIPSI 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 3
1.4 MANFAAT PENELITIAN 3
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1 CRUDE PALM OIL (CPO) 5
2.2 PROSES DEGUMMING PADA CRUDE PALM OIL (CPO) 8
2.3 BIODIESEL 9
2.3.1 Pengertian Biodiesel 9
2.3.2 Proses Pembuatan Biodiesel 10
a. Secara Kimiawi 10
b. Secara Enzimatis 11
2.4 ENZIM LIPASE SEBAGAI BIOKATALIS 12
2.4.1 Pengertian Lipase 12
2.4.2 Penggunaan Enzim Lipase sebagai Biokatalis 13
b. Amobilisasi Lipase 13
2.4.3 Lipozyme sebagai Biokatalis 14
2.5 MEKANISME KERJA ENZIM 15
2.6 POTENSI EKONOMI 17
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 19
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN 19
3.2 BAHAN DAN PERALATAN 19
3.2.1 Bahan Penelitian 19
3.2.2 Peralatan Penelitian 19
3.3 RANCANGAN PERCOBAAN 20
3.4 PROSEDUR PENELITIAN 21
3.4.1 Prosedur Degumming CPO 21
3.4.2 Prosedur Utama 22
3.4.3 Prosedur Analisis 22
3.4.3.1 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan 22 Metode Hidrolisis
3.4.3.2 Analisa Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku 23 CPO dengan Metode Tes AOCS Official Method Ca 5a-40
3.4.3.3 Analisa Komponen Asam Lemak Dalam Bahan 23 Baku CPO dan Biodiesel yang dihasilkan
menggunakan GCMS
3.4.3.4 Analisa Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan 23 dengan Metode Tes ASTM D 445
3.4.3.5 Analisa Densitas Biodiesel yang dihasilkan dengan 24 Metode Tes OECD 109
3.5 FLOWCHART PENELITIAN 25
3.5.1 Flowchart Prosedur Degumming CPO 25
3.5.2 Flowchart Sintesis Biodiesel dengan Reaksi Transesterifikasi 25 3.5.3 Flowchart Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode 27
Hidrolisis
3.5.6 Flowchart Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan 30 dengan Metode Tes OECD 109
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 31
4.1 ANALISIS BAHAN BAKU CRUDE PALM OIL (CPO) 31 4.2 ANALISIS PENGARUH VARIABEL PERCOBAAN 34 4.2.1 Pengaruh Interaksi Variabel Suhu Reaksi dengan Jumlah 35
Biokatalis
4.3 PEMAKAIAN ULANG (REUSE) LIPOZYME 37
4.4 ANALISIS AKTIVITAS ENZIM LIPOZYME 39
4.5 SIFAT FISIK DARI BIODIESEL 40
4.5.1 Analisis Kemurnian Metil Ester 40
4.5.2 Analisis Densitas 41
4.4.2 Analisa Viskositas Kinematik 41
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 43
5.1 KESIMPULAN 43
5.2 SARAN 44
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Produksi CPO di Indonesia 7
Gambar 2.2 Mekanisme Produksi Enzimatik FAME 15
Gambar 2.3 Mekanisme Ping Pong Bi-Bi 16
Gambar 3.1 Flowchart Prosedur Degumming pada CPO 25
Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Utama 25
Gambar 3.3 Flowchart Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode 27 Hidrolisis
Gambar 3.4 Flowchart Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku 28 CPO
Gambar 3.5 Flowchart Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan 29 Gambar 3.6 Flowchart Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan 30 Gambar 4.1 Analisa Kadar ALB terhadap CPO Sebelum dan Sesudah 31
Degumming
Gambar 4.2 Kromatogram Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak 32 CPO
Gambar 4.3 Surface % Yield Biodiesel untuk Suhu Reaksi vs Jumlah 35 Biokatalis
Gambar 4.4 Kontur % Yield Biodiesel untuk Suhu Reaksi vs Jumlah 36 Biokatalis
Gambar 4.5 Hubungan Jumlah Pemakaian Terhadap Perolehan Yield 38 Biodiesel
Gambar 4.6 Diagram Aktivitas Enzim Oleh Lipozyme Sebelum Pemakaian 39 dan Setelah Pemakaian Ulang IV
Gambar L4.1 Foto Proses Degumming CPO 58
Gambar L4.2 Foto Proses Transesterifikasi 58
Gambar L4.3 Foto Hasil Transesterifikasi 59
Gambar L4.4 Foto Penyaringan Enzim 59
Gambar L4.5 Foto Produk Akhir Biodiesel 60
Gambar L4.6 Foto Analisa Densitas 60
Gambar L5.2 Hasil Analisis Kromatogram GC-MS Asam Lemak CPO 63 (Crude Palm Oil)
Gambar L5.3 Kromatogram Standar GC Biodiesel (Crude Palm Oil) 63 Gambar L5.4 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1 64 Gambar L5.5 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 2 64 Gambar L5.6 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 3 65 Gambar L5.7 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 4 65 Gambar L5.8 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 5 66 Gambar L5.9 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 6 66 Gambar L5.10 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 7 67 Gambar L5.11 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 8 67 Gambar L5.12 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 9 68 Gambar L5.13 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 10 68 Gambar L5.14 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 11 69 Gambar L5.15 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 12 69 Gambar L5.16 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 13 70 Gambar L5.17 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 3 70
Pengulangan II
Gambar L5.18 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 3 71 Pengulangan III
Gambar L5.19 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 3 71 Pengulangan IV
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 State of The Art Synthesis Biodiesel 2 Tabel 2.1 Standar Mutu Minyak Kelapa Sawit 5 Tabel 2.2 Komposisi Asam Lemak Minyak Sawit dan Minyak Inti Sawit 6 Tabel 2.3 Produksi Minyak Kelapa Sawit (CPO) di Provinsi Riau (ton) 7
Tabel 2.4 Persyaratan Kualitas Biodiesel 10
Tabel 3.1 Perlakuan Terkode untuk Reaksi Transesterifikasi 20
Tabel 3.2 Central Composite Design (CCD) untuk 2 Variabel 21
Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari CPO (Crude Palm Oil) 33
Tabel 4.2 Komposisi Asam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh 34
Tabel 4.3 Perkiraan Parameter Model Persamaan Statistik 34
Tabel 4.4 Persyaratan Kualitas Biodiesel 40
Tabel 4.5 Hasil Analisis Densitas Biodiesel 41
Tabel 4.6 Hasil Analisis Viskositas Kinematik Biodiesel 42
Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak CPO 51
Tabel L1.2 Komposisi Trigliserida CPO 51
Tabel L1.3 Kadar Free Fatty Acid (FFA) CPO 52
Tabel L.2.1 Hasil Analisa Densitas Biodiesel 53 Tabel L.2.2 Hasil Analisa Viskositas Biodiesel 53 Tabel L.2.3 Hasil Yield dan Total Penurunan Yield Biodiesel 53
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU 51
L1.1 KOMPOSISI TRIGLISERIDA ASAM LEMAK 51 BAHAN BAKU CPO HASIL ANALISA GCMS
L1.2 KOMPOSISI TRIGLISERIDA BAHAN BAKU CPO 51 L1.3 KADAR FREE FATTY ACID (FFA) CPO 52
LAMPIRAN 2 DATA PENELITIAN 53
L2.1 DATA DENSITAS BIODIESEL 53
L2.2 DATA VISKOSITAS KINEMATIKA BIODIESEL 53
L2.3 DATA YIELD BIODIESEL 53
L2.4 DATA PENURUNAN YIELD 53
LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN 54
L3.1 PERHITUNGAN KADAR FFA CPO 54
L3.1.1 Perhitungan Kadar FFA CPO SebelumDegumming 54
L3.1.2 Perhitungan Kadar FFA CPO Setelah Degumming 54 L3.2 PERHITUNGAN KEBUTUHAN METANOL 55 L3.3 PERHITUNGAN DENSITAS BIODIESEL 56 L3.4 PERHITUNGAN VISKOSITAS BIODIESEL 56
L3.5 PERHITUNGAN YIELD BIODIESEL 57
L3.6 PERHITUNGAN PERSEN HIDROLISIS CPO 57
LAMPIRAN 4 DOKUMENTASI PENELITIAN 58
L4.1 FOTO PROSES DEGUMMING CPO 58
L4.2 FOTO PROSES TRANSESTERIFIKASI 58 L4.3 FOTO HASIL TRANSESTERIFIKASI 59
L4.4 FOTO PENYARINGAN ENZIM 59
L4.5 FOTO PRODUK AKHIR BIODIESEL 60
L4.6 FOTO ANALISIS DENSITAS 60
L4.7 FOTO ANALISIS VISKOSITAS 61
LAMPIRAN 5 HASIL ANALISIS BAHAN BAKU CPO DAN 62 BIODIESEL
L5.1 HASIL ANALISIS KOMPOSISI ASAM LEMAK CPO 62
DAFTAR SINGKATAN
ASTM American Society for Testing and Material (ASTM)
OECD Organization for Economic Co-operation and Development ESDM Energi dan Sumber Daya Minyak
BBM Bahan Bakar Minyak BM Berat Molekul dkk dan kawan-kawan et al et alia
CCD Central Composite Design CPO Crude Palm Oil
cSt centistokes
DPO Degummed Palm Oil FFA Free Fatty Acid
GC Gas Chromatography
GC-MS Gas Chromatography Mass Spechtrophometry PLTD Pembangkit Listrik Tenaga Diesel
PKS Pusat Penelitian Kelapa Sawit rpm Rotary per minute
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
T Suhu ºC
k Konstanta kecepatan
reaksi
N Normalitas N
V Volume larutan NaOH
terpakai
ml
M Berat molekul FFA CPO Gr/mol
m Berat Sampel gram
V Volume awal ml
ρ Massa jenis kg/m3
sg Specific Gravity
t Waktu alir s
ABSTRAK
Biodiesel umumnya disintesis dengan reaksi transesterifikasi antara trigliserida dan alkohol dengan penambahan katalis asam atau basa sehingga terdapat limbah proses kimia. Proses alternatif lain yaitu dengan menggunakan biokatalis berupa enzim untuk mensintesis biodiesel yang tidak menghasilkan limbah proses kimia. Pada penelitian ini, sintesis biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) yang telah di degumming dan metanol sebagai donor asil telah dilakukan dengan menggunakan Lipozyme sebagai biokatalis. Adapun tujuan dari penelitian ini adalah mengkaji pengaruh suhu dan jumlah biokatalis terhadap sintesis biodiesel yang dihasilkan dari CPO serta mengkaji pengaruh penggunaan metanol terhadap aktifitas enzim lipase dalam mengkatalisis sintesis biodiesel melalui reaksi transesterifikasi. Variabel pada penelitian ini adalah jumlah biokatalis dan temperatur, dan responnya terhadap konversi yield pada biodiesel yang disajikan dengan menggunakan metode permukaan respon dengan software Minitab. Reaktan dan produk yang dihasilkan dianalisis dengan menggunakan Gas Chromatography Mass Spectrometry (GCMS). Yield yang diperoleh sebesar 10% - 79% dengan waktu reaksi selama 15 jam. Pengaruh variabel terhadap yield dilihat dari suhu reaksi memberikan pengaruh negatif sebesar 0,6738 kali terhadap pembentukan produk biodiesel. Diikuti dengan variabel jumlah biokatalis memberikan pengaruh yang signifikan sebesar 22,8091 kali terhadap pembentukan produk biodiesel. Begitu pula interaksi suhu reaksi dan jumlah biokatalis yang memberikan pengaruh negatif. Sehingga dari hasil analisis yang diperoleh, dapat dikatakan bahwa jumlah biokatalis merupakan faktor yang paling berpengaruh pada sintesis biodiesel. Pada akhirnya, dibutuhkan penelitian yang lebih lanjut mengenai variabel yang berpengaruh pada sintesis biodiesel dan pemakaian ulang lipozyme sebagai biokatalis pada run yang memperoleh yield tertinggi. Yield tertinggi diperoleh pada suhu reaksi 45 °C dan jumlah katalis sebesar 30%. Pada pemakaian ulang lipozyme, dapat dilakukan pengulangan sebanyak empat kali dan memperoleh total penurunan yield sebesar 77%.
ABSTRACT
Biodiesel is usually synthesis by transesterification of triglycerides and alcohols in the presence of an acid or an alkaline catalyst but it could produce a chemical waste process. An alternative process is using biocatalyst such as enzyme to synthesis biodiesel that couldn’t produce chemical waste process. In this research, the synthesis of biodiesel from crude palm oil (CPO) that through the process of degumming and methanol as acyl donor has been investigated with using of Lipozyme as biocatalyst. The purpose of this experiment is to examine the effect of the temperature and the amount of biocatalyst for the synthesis of biodiesel that produced from palm oil and examine the effect of the use of methanol to the lipase enzyme activity in catalyzing the synthesis of biodiesel through transesterification reaction. The variables in this research are the amount of biocatalyst and temperature, and their responses with yield conversion of biodiesel were representated using response surface methodology (RSM) with Minitab software. The reactants and products were analyzed using Gas Chromatography Mass Spectrometry (GCMS). Yield raging from 10-79 % were achieved in 15 hours reaction time. The variable effect of yield can be known from the temperature gives negative result about 0,6738 for the formation of biodiesel product. Afterwards the amount of biocatalyst gives positive result about 22,8091 and interaction between temperature and the amount of biocatalyst give negative result. The results showed that the most influential variable is the amount of biocatalyst. Therefore, this experiment would need further investigation works and analysis and reuse of lipozyme as biocatalyst on the run which obtained the highest yield. The highest yield was obtained at a reaction temperature of 45 ° C and the amount of catalyst by 30%. In the reuse of lipozyme, can be repeated four times and obtained the total of the decrease in yield of 77%.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1LATAR BELAKANG
Transesterifikasi umumnya menggunakan alkohol rantai pendek dengan katalis kimia (asam atau basa) atau biokatalis (enzimatik). Penggunaan katalis kimia dalam proses produksi biodiesel memiliki beberapa kelemahan, yaitu (1) memerlukan kemurnian bahan baku yang tinggi (kadar asam lemak bebas kurang dari 2%), (2) dapat menimbulkan limbah cair dan biaya pemurnian produk yang tinggi dan (3) penggunaan katalis kimia dapat mengakibatkan sulitnya dilakukan proses pemisahan katalis setelah proses [1].
Akhir-akhir ini mulai dikembangkan sintesis biodiesel menggunakan enzim lipase sebagai biokatalis. Lipase sebagai biokatalis mampu mengarahkan reaksi secara spesifik ke arah produk yang diinginkan tanpa terjadinya reaksi samping yang merugikan. Lipase merupakan enzim yang memiliki peran yang penting dalam bioteknologi modern. Banyak industri yang telah mengaplikasikan penggunaan enzim sebagai biokatalis. Lipase terkenal memiliki aktivitas yang tinggi dalam reaksi hidrolisis dan dalam kimia sintesis [2].
Penggunaan enzim sebagai biokatalis telah memegang peranan yang sangat penting pada industri kimia dan farmasi. Salah satu biokatalis yang potensial digunakan pada berbagai industri detergen, pangan, tekstil, pulp, kertas dan farmasi adalah lipase. Beberapa tahun terakhir ini, lipase banyak digunakan sebagai biokatalis untuk reaksi hidrolisis atau sintesis minyak dan lemak. Alasan utamanya adalah proses yang digunakan lebih efisien dengan selektivitas yang
Tabel 1.1 State of The Art Synthesis Biodiesel
Lipase Minyak Akseptor Asil
Waktu (jam)
Temperatur
(oC) Yield Referensi Candida
antartica
Minyak bunga matahari
Metanol 12 50 97% [4]
Pseudomonas fluoresces
Minyak Bunga matahari
Metanol 24 40 95% [5]
Pseudomonas cepacia
Minyak
jarak Etanol 8 50 98% [6]
Pseudomonas
cepacia Minyak
mahua Etanol 6 40 96% [7]
Pseudomonas fluoresces
Minyak
kedelai Metanol 90 35 90% [8]
Dari beberapa bahan baku, di Indonesia yang punya prospek untuk diolah menjadi biodiesel adalah kelapa sawit dan jarak pagar, tetapi prospek kelapa sawit lebih besar untuk pengolahan secara besar-besaran. Sebagai tanaman industri kelapa sawit telah tersebar hampir di seluruh wilayah Indonesia, teknologi pengolahannya sudah mapan. Dibandingkan dengan tanaman yang lain seperti kedelai, bunga matahari, tebu, jarak pagar dan lain lain yang masih mempunyai kelemahan antara lain sumbernya sangat terbatas dan masih diimpor [9].
Atas dasar pemikiran yang telah dipaparkan tersebut, maka penulis ingin memanfaatkan minyak dari Crude Palm Oil (CPO) yang telah didegumming sebagai bahan baku sintesis biodiesel dengan lipozyme sebagai biokatalis melalui reaksi transesterifikasi dengan tujuan mendapatkan informasi tentang pengaruh temperatur dan banyaknya jumlah biokatalis terhadap sintesis biodiesel dari Degummed Palm Oil (DPO) sehingga dapat digunakan pada skala industri nantinya.
1.2PERUMUSAN MASALAH
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1 Mengkaji pengaruh suhu dan jumlah biokatalis (lipozyme) terhadap sintesis biodiesel yang dihasilkan dari DPO.
2 Mengkaji pengaruh penggunaan metanol terhadap aktifitas enzim lipase dalam mengkatalisis sintesis biodiesel melalui reaksi transesterifikasi.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Manfaat dari penelitian yang dilakukan adalah:
1. Untuk memperoleh informasi mengenai pengaruh suhu dan jumlah biokatalis (lipozyme) pada reaksi transesterifikasi.
2. Untuk menambah informasi mengenai kajian penggunaan lipozyme sebagai biokatalisator pada sintesis biodiesel.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Adapun ruang lingkup dari penelitian ini adalah:
1. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Organik, Laboratorium Mikrobiologi Teknik Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Medan.
2. Bahan baku untuk sintesis biodiesel adalah Crude Palm Oil (CPO), Metanol dan Lipozyme.
3. Reaksi sintesis biodiesel dilangsungkan dengan memvariasikan dua variabel seperti berikut :
- Suhu reaksi : 40°C, 45°C, dan 50°C [8]
- Konsentrasi biokatalis : 10%, 20%, dan 30% dari massa total [9] Sedangkan variabel tetap nya adalah :
- Waktu reaksi: 15 jam [10] - Kecepatan pengadukan : 200 rpm [11] - Rasio mol substrat (metanol : CPO) : 3:1 [12] Analisa yang dilakukan adalah :
3. Analisa komposisi bahan baku DPO dan biodiesel yang dihasilkan dengan menggunakan GCMS.
4. Analisa viskositas biodiesel yang dihasilkan dengan metode tes ASTM D 445-04.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 CRUDE PALM OIL (CPO)
Minyak sawit berasal dari ekstraksi buah tanaman kelapa sawit. Buah kelapa sawit terdiri dari 80% bagian perikarp (epikarp dan mesokarp) dan 20% biji (endokarp dan endosperm). Dari kelapa sawit, dapat diperoleh dua jenis minyak yang berbeda sifatnya, yaitu minyak dari inti (endosperm) sawit disebut dengan
minyak inti sawit dan minyak dari sabut (mesokarp) sawit disebut minyak sawit. Perbedaan antara minyak sawit dan minyak inti sawit adalah adanya pigmen karotenoid pada minyak sawit sehingga berwarna kuning merah. Komposisi
karotenoid yang terdeteksi pada minyak sawit terdiri dari α-, β-, γ-, karoten dan xantofil, sedangkan minyak inti sawit tidak mengandung karotenoid [13].
Tabel 2.1 Standar Mutu Minyak Kelapa Sawit [13]
Karakteristik Persyaratan Mutu
Warna Jingga kemerahan
Kadar air Maksimal 0,5%
Asam lemak bebas (sebagai asam palmitat) Maksimal 5
Kadar β-karoten 500-700 ppm
Kadar tokoferol 700-1000 ppm
Minyak inti sawit mengandung berbagai komponen asam lemak. Komposisi trigliserida yang mendominasi minyak inti sawit adalah trilaurin, yaitu trigliserida dengan tiga asam laurat sebagai ester asam lemaknya. Minyak inti sawit memiliki kandungan asam laurat yang tinggi dan kisaran titik leleh yang sempit, sedangkan
Tabel 2.2 Komposisi asam lemak minyak sawit dan minyak inti sawit [14] Asam Lemak Minyak Kelapa Sawit (5) Minyak Inti Sawit (%)
Asam kaprilat - 3 – 4
Asam kaproat - 3 – 7
Asam laurat - 46 – 52
Asam miristat 1,1 - 2,5 14 – 17
Asam palmitat 40 - 46 6,5 – 9
Asam stearat 3,6 - 4,7 1 - 2,5
Asam oleat 39 - 45 13 – 19
Asam linoleat 7 - 11 0,5 – 2
Crude Palm Oil (CPO) saat ini merupakan komoditi primadona dan menjadi
komoditi andalan ekspor Indonesia, hal ini dapat dilihat dari produksi dan ekspor
CPO nasional yang terus meningkat. Tidak hanya di Indonesia, ternyata pada tingkat
dunia market share CPO dari tahun ke tahun terus meningkat dan sejak tahun 2004
CPO telah menempati urutan pertama sebagai pemasok utama minyak nabati dunia.
Pasokan CPO dunia tersebut didominasi oleh dua negara yaitu Indonesia dan
Malaysia.Namun hingga saat ini harga pasar CPO dunia masih dikendalikan di Eropa
khususnya pasar Roterdam sebagai tolok ukurnya.Hal ini disebabkan karena harga
CPO lebih sensitive terhadap perubahan permintaan dan harga minyak kedelai
sebagai pesaing utama [15].
Gambar 2.1 Produksi CPO di Indonesia [16]
Bahan baku pembuatan biodiesel adalah minyak kelapa sawit (CPO). Untuk mengetahui seberapa besar potensi minyak kelapa sawit (CPO) yang dapat digunakan pada tahun yang akan datang, digunakan perhitungan dengan cara memproyeksikan jumlah produksi TBS kelapa sawit sampai tahun 2015 dengan menggunakan rumus proyeksi, yang kemudian akan dicari jumlah minyak kelapa sawit (CPO) dengan mengalikan jumlah produksi TBS dengan persentase sebesar 24 – 25% sesuai dengan data dari Dinas Perkebunan Provinsi Riau [17].
2.2 PROSES DEGUMMING PADA CPO
Proses pemurnian minyak nabati pada umumnya terdiri dari 4 tahap, yaitu:
a) proses pemisahan gum (degumming),
b) proses pemisahan asam lemak bebas (netralisasi) dengan cara mereaksikan asam lemak bebas dengan basa atau pereaksi lainnya sehingga terbentuk sabun,
c) proses pemucatan (bleaching) yang merupakan proses penghilangan komponen warna coklat seperti karotenoid & tokoferol, dan
d) proses penghilangan bau (deodorisasi) yang merupakan proses penghilangan asam lemak bebas dan komponen penyebab bau tidak sedap seperti peroksida, keton dan senyawa hasil oksidasi lemak lainnya [18]. Degumming adalah proses pemisahan gum, yaitu proses pemisahan getah atau lendir yang terdiri dari fosfolipid, protein, residu, karbohidrat, air dan resin. Beberapa cara yang dapat dilakukan untuk proses pemisahan gum antara lain adalah pemanasan, penambahan asam (H3PO4, H2SO4 dan HCl) atau basa (NaOH), pemisahan gum dengan cara hidrasi dan pemisahan gum dengan menggunakan garam seperti natrium khlorida dan natrium fosfat.
Degumming biasanya dilakukan dengan cara dehidrasi gum agar bahan nontrigliserida tersebut lebih mudah terpisah dari minyak, kemudian disusul dengan proses pemisahan yang dapat dilakukan dengan cara sentrifusi. Sedangkan fosfatida dipisahkan dengan cara menyalurkan uap panas ke dalam CPO sehingga terpisah dari minyak, sedangkan fosfatida yang tidak larut air dapat dipisahkan dengan penambahan asam fosfat. Asam fosfat ini dapat menginisiasi terbentuknya gumpalan sehingga mempermudah pengendapan kotoran, selain itu
2.3 BIODIESEL
2.3.1 Pengertian Biodiesel
Biodiesel merupakan nama yang diberikan untuk bahan bakar yang
terdiri dari monoalkil ester yang dapat terbakar dengan bersih. Biodisel sebagai
bahan alternatif, mulai diteliti sebagai akibat semakin sadarnya manusia akan
pencemaran yang ditimbulkan bahan bakar konvensional (bahan bakar fosil)
serta persediaan minyak bumi yang terus menipis. Sebagai bahan bakar yang
dapat diperbaharui, biodisel mempunyai keuntungan antara lain karena mudah
digunakan (memerlukan hanya sedikit atau bahkan tidak memerlukan
samasekali modifikasi dari mesin diesel yang telah ada), dapat diurai alam
secara alamiah, dan dapat diproduksi secara domestik dari hasil pertanian.
Dibandingkan dengan minyak solar, biodisel dapat menghasilkan jumlah
power, dan torsi yang sama dengan minyak solar dalam jumlah yang sama. Hal
ini dikarenakan umumnya biodisel mempunyai nilai setana yang lebih tinggi
dari minyak solar. Selain itu, biodiesel juga mempunyai efek pelumasan yang
lebih baik daripada minyak solar. Biodiesel juga sesuai dengan komponen
mesin disel emisi gas buang yang dihasilkan ternyata juga lebih baik dalam
beberapa hal bila dibandingkan dengan menggunakan bahan bakar fosil [20].
Biodiesel merupakan mono alkil ester dari asam lemak rantai panjang bebas yang telah menjadi semakin menarik di seluruh dunia, karena diperoleh dari sumber daya terbarukan, dikombinasikan dengan kinerja tinggi dan manfaat lingkungan. Dalam beberapa kali, karena kegiatan manusia dan teknologi, dunia telah menghadapi banyak tantangan seperti pemanasan global. Tantangan-tantangan ini telah menyebabkan untuk mencari bahan bakar alternatif yang telah mendapatkan signifikan perhatian dalam beberapa kali.
lemak hewan.Emisi siklus hidup keseluruhan CO2 dari 100% biodiesel adalah 78,45% lebih rendah daripetrodiesel. Biodiesel memiliki titik nyala
yang relatif tinggi (sekitar 150oC) yang membuatnya lebih stabil dan aman untuk transportasi dibandingkan minyak solar [21].
[image:31.595.155.484.212.649.2]Berikut ini merupakan persyaratan kualitas biodiesel menurut SNI tahun 2006 dapat disajikan pada tabel 2.4:
Tabel 2.4 Persyaratan Kualitas Biodiesel [22]
Parameter dan Satuannya Batas Nilai Massa jenis pada 40 °C, kg/m3 850 – 890 Viskositas kinematik pada 40 °C, mm2/s (cSt) 2,3 – 6,0
Angka setana Min. 51
Titik nyala (mangkok tertutup), °C Min. 100
Titik kabut, °C Maks. 18
Kororsi bilah tambaga, (3 jam, 50 °C) Maks. No 3
Residu karbon, % berat Maks. 0,05
- Dalam contoh asli (maks. 0,03)
- Dalam 10% ampas distilasi
Air dan sedimen % volume Maks. 0,05
Temperatur distilasi 90%, °C Maks. 360 Abu tersulfatkan, % berat Maks. 0,02
Belerang, ppm-b (mg/kg) Maks. 100
Fosfor, ppm-b (mg/kg) Maks. 10
Angka asam, mg-KOH/g Maks. 0,8
Gliserol bebas, % berat Maks. 0,02
Gliserol total, % berat Maks. 0,24
Kadar ester alkil, % berat Min. 96,5 Angka iodium, g-12/(100 g) Maks. 115
Uji Halphen Negatif
2.3.2 Proses Pembuatan Biodiesel a. Secara Kimiawi
ester). Meskipun reaksi transesterifikasi dengan katalis alkali menghasilkan tingkat konversi yang tinggi dan waktu reaksi yang cepat namun reaksi
tersebut mempunyai kekurangan yakni energi besar (intensive), gliserin sulit dipulihkan (recovery), katalis dibuang dan perlu pengolahan, asam lemak bebas dan air bercampur dengan reaksi [23].
Secara umum produksi biodieselyang sekarang ini menggunakan proses transesterifikasi trigliserida. Transesterifikasi disebut juga alkoholis atau metanolis yaitu proses penggantian alkohol ester (gliserol) dengan alkohol lain. Alkoholis lemak umumnya menggunakan alkohol rantai pendek dengan katalis kimia (asam atau basa) atau biokatalis (enzimatik). Penggunaan katalis kimia dalam proses produksi biodiesel memiliki beberapa kelemahan, yaitu (1) memerlukan kemurnian bahan baku yang tinggi (kadar asam lemak bebas kurang dari 2%), (2) dapat menimbulkan limbah cair dan biaya pemurnian produk yang tinggi dan (3) penggunaan katalis kimia dapat mengakibatkan sulitnya dilakukan proses pemisahan katalis setelah proses.
Kelemahan dari katalis kimia ini, dapat diperkecil dengan penggunaan katalis enzim khususnya lipase. Katalis enzim memiliki beberapa kelebihan antara lain : (1) bersifat spesifik sehingga pembuatan produk samping dapat dihindari, (2) temperatur dan tekanan rendah untuk rendah untuk proses reaksi sehingga akan berpengaruh untuk pengurangan biaya produksi terutama utilitas, (3) katalis enzim lebih ramah lingkungan dan (4) proses pemisahan gliserol dapat dilakukan tanpa perlu dilakukan proses pemurnian [1].
b. Secara Enzimatis
(recovery) dan tidak terpengaruh kandungan air. Namun proses transesterifikasi secara enzimatik masih terfokus pada kajian ekonomis
sehubungan pengadaan enzim lipase yang masih relatif mahal. Produksi enzimlipase secara mandiri/ asli (indigenous) menjadi faktor penting untuk mendukung proses transesterifikasi secara enzimatik. Beberapa enzim lipase indigenous telah dibuat dan diaplikasikan untuk proses hidrolisis, esterifikasi dan tranesterifikasi secara enzimatik meliputi enzim ekstrak kecambah biji wijen, dedak padi, bromelin, protease, ragi tempe [23].
2.4 ENZIM LIPASE SEBAGAI BIOKATALIS 2.4.1 Pengertian Lipase
Lipase merupakan enzim yang dapat diproduksi oleh beberapa mikroorganisme diantaranya yaitu bakteri dan jamur. Meningkatnya ketertarikan terhadap lipase karena enzim ini dapat digunakan sebagai katalis dalam hidrolisis untuk mensintesis ester asam lemak. Aktifasi lipase terjadi di permukaan air-lemak, yang merupakan karakteristik struktural yang unik dari kelas enzim ini. Lipase menjadi unit olgopeptida heliks yang melindungi active site sehingga disebut pada interaksi dengan permukaan hidrofobik seperti droplet lemak, memungkinkan pergerakan seperti dalam jalan untuk membuka active site untuk substrat [24].
Lipase merupakan kelompok enzim yang berfungsi sebagai biokatalis hidrolisis lemak. Lipase banyak digunakan untuk konversi triasilgliserol (TAG) menjadi diasilgliserol (DAG). Penggunaan lipase penting untuk produksi minyak sehat (healthy oil). Indonesia dengan keanekaragaman hayati tinggi berpeluang besar mengembangkan produksi lipase dari mikroba lokal, salah satunya adalah kapang.
Indonesia dengan keanekaragaman hayatinya berpeluang besar untuk mengembangkan produksi lipase dari mikroba lokal. Eksplorasi mikroba lipolitik lokal telah banyak dilakukan, namun hingga saat ini
makromolekul yang memiliki rantai karbon. Beberapa jenis kapang diketahui tumbuh pada habitat yang mengandung minyak, misalnya tandan
kelapa sawit. Beberapa kapang penghasil lipase antara lain adalah Aspergillus niger, Mucor miehei, Monilia sitophila, Rhizopus delemar, dan
R. javanicus [25].
2.4.2 Penggunaan Enzim Lipase sebagai Biokatalis a. Lipase Bebas
Lipase merupakan enzim yang memiliki peran yang penting dalam bioteknologi modern. Banyak industri yang telah mengaplikasikan penggunaan enzim sebagai biokatalis. Lipase terkenal memiliki aktivitas yang tinggi dalam reaksi hidrolisis dan dalam kimia sintesis. Lipase dapat berperan sebagai biokatalis untuk reaksi reaksi hidrolisis, esterifikasi, alkoholisis, asidolisis and aminolisis. Candida dan Rhizopus yang merupakan organisme yang paling sering dipakai sebagai sumber sintesis penghasil lipase [2].
Penggunaan enzim sebagai biokatalis telah memegang peranan yang sangat penting pada industri kimia dan farmasi. Salah satu biokatalis yang potensial digunakan pada berbagai industri detergen, pangan, tekstil, pulp, kertas dan farmasi adalah lipase.Beberapa tahun terakhir ini, lipase banyak digunakan sebagai biokatalis untuk reaksi hidrolisis atau sintesis minyak dan lemak. Alasan utamanya adalah proses yang digunakan lebih efisien dengan selektivitas yang tinggi, kualitas yang dihasilkan lebih baik, serta ramah terhadap lingkungan [3].
b. Amobilisasi Lipase
Sebagai biokatalis enzim lipase hanya dapat dilakukan dalam satu kali reaksi. Salah satu cara untuk mengatasi kelemahan ini adalah dengan dilakukannya teknik immobilisasi pada enzim yang akan digunakan. Immobilisasi enzim bertujuan untuk meningkatkan stabilitas dan produktivitas enzim tersebut sehingga lipase dapat digunakan kembali [3].
dan entrapment dalam matriks polimer support. Tetapi metode adsorpsi dan entrapment memiliki beberapa kekurangan, diantaranya yaitu enzim amobil
mudah dipengaruhi oleh kondisi lingkungan karena interaksi antara enzim dengan support sangat lemah sehingga enzim mudah lepas. Pada metode entrapment, preparasi yang dilakukan agar enzim menempel pada matriks polimer sangat sulit dan aktifitas enzimnya cenderung rendah.Sehingga alternatif yang digunakan untuk amobilisasi enzim yaitu dengan menggunakan metode kovalen. Metode ikatan kovalen ini memiliki beberapa keuntungan yaitu ikatan antara enzim dan support stabil sehingga enzim tidak mudah lepas ke dalam larutan dan substrat dapat dengan mudah berinteraksi karena enzim berada pada permukaan support [3].
2.4.3 Lipozyme sebagai Biokatalis
Lipozyme adalah produk yang dihasilkan secara biologis, sangat efisien pada lemak organik. Hal ini dapat digunakan pada semua permukaan. Lipozyme adalah produk yang sangat aman bagi pengguna [26].
Reaksi transesterifikasi dikatalisasi oleh lipase amobil di bawah suhu tinggi cenderung mengekspos Lipozyme TL IM dengan risiko perubahan konformasi [27]. Tingkat denaturasi ireversibel untuk Lipozyme TL IM ketika berada di bawah perlakuan panas yang berbeda dipelajari untuk menentukan waktu paruh serta kekuatan tahan panas. Inaktivasi termal Lipozyme TL IM mungkin karena efek interaksi yang bertentangan antara molekul pelarut dengan "membran-lipase" sistem yang reversibel menghasilkan perubahan konformasi pada struktur aktif lipase. Dalam
2.5 MEKANISME KERJA ENZIM
[image:36.595.122.501.150.738.2]Mekanisme kerja enzim terdiri dari tahap-tahap yang ditunjukkan pada gambar 2.2 :
Mekanisme alkoholisis katalis esterase terdiri dari langkah-langkah berikut seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2:
(a) Penambahan nukleofilik untuk membentuk enzim-substrat yang kompleks, di mana Nukleofil adalah oksigen dalam kelompok O-H pada enzim. (b) Proton ditransfer dari asam konjugat dari amina ke atom oksigen alkil
substrat, dan bagian gliserol terbentuk. Jika triasilgliserida yang merupakan substrat awal, maka yang akan terbentuk adalah diasilgliserida, sedangkan jika diasilgliserida adalah substrat, maka akan membentuk monoasilgliserida dan sebagainya.
(c) Atom oksigen dari molekul metanol ditambahkan ke atom karbon dari CO dari asil enzim menengah untuk membentuk enzim-alkohol kompleks yang terasilasi.
(d) Atom oksigen enzim kompleks tersebut tereliminasi dan proton ditransfer dari asam konjugat dari amina, menghasilkan metil ester asam lemak, yaitu, biodiesel. Langkah-langkah ini merupakan mekanisme Ping-Pong Bi Bi, yang sependapat dengan sebagian besar studi kinetik sebelumnya pada reaksi esterifikasi katalis lipase asam lemak rantai panjang [31].
Mekanisme Ping Pong Bi-Bi
Gambaran tentang kinetika enzim sederhana terdiri dari satu langkah reaksi. Namun, sebagian besar reaksi enzimatik lebih rumit, seperti halnya reaksi dalam produksi biodiesel. Reaksi-reaksi ini meliputi pengikatan substrat kedua untuk enzim serta beberapa langkah dalam mekanisme. Hal ini disebut sebagai mekanisme ping pong bi-bi dan digambarkan pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3. Mekanisme ping pong bi-bi [32]
A=substrat pertama, P=produk pertama, F=enzim yang stabil, B=substrat kedua, Q=produk kedua [32].
Dalam jenis reaksi, satu atau lebih produk dibebaskan sebelum semua substrat terikat. Sekelompok fungsional substrat pertama A terikat ke enzim untuk menghasilkan produk pertama P dan enzim kompleks yang stabil terikat erat dengan kelompok fungsional. Pada tahap kedua reaksi, kelompok fungsional dipindahkan dari enzim oleh kedua substrat B untuk menghasilkan produk kedua Q sehingga melepaskan bentuk asli dari enzim [32].
2.6 POTENSI EKONOMI
Indonesia merupakan salah satu produsen CPO terbesar di dunia dengan kapasitas produksi terakhir tahun 2014 sebesar 28 juta ton. Produksi CPO di Indonesia dari tahun ke tahun semakin meningkat. CPO memiliki potensi yang cukup besar untuk digunakan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel. Karena memiliki potensi yang cukup besar, CPO diharapkan dapat menjadi sumber bahan baku utama untuk pembuatan biodiesel guna mencukupi kebutuhan bahan bakar dalam negeri yang semakin tinggi. Adapun peluang untuk mengembangkan potensi biodiesel sendiri di Indonesia cukup besar terutama untuk substitusi minyak solar mengingat saat ini penggunaan minyak solar mencapai sekitar 40% dari total penggunaan BBM untuk sektor transportasi. Sementara penggunaan solar pada industri dan PLTD adalah sebesar 74% dari total penggunaan BBM pada kedua sektor tersebut.
Untuk itu, perlu dilakukan kajian potensi ekonomi biodiesel dari CPO. Namun, dalam tulisan ini hanya akan dikaji potensi ekonomi secara sederhana.
Sebelum melakukan kajian tersebut, perlu diketahui harga bahan baku yang digunakan dalam produksi dan harga jual biodiesel. Dalam hal ini, harga biodiesel mengacu pada harga komersial CPO dan biodiesel.
Harga CPO = Rp 7500/ liter [33] Harga Biodiesel = Rp 8400/ liter [33]
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.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN
Penelitian dilakukan di Laboratorium Kimia Organik, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan serta Laboratorium Penelitian, Fakultas Farmasi, Universitas Sumatera Utara, Medan. Penelitian ini dilakukan selama lebih kurang 6 bulan.
3.2 BAHAN DAN PERALATAN 3.2.1 Bahan Penelitian
Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain: 1. Degummed Palm Oil (DPO)
2. Metanol (CH3OH)
3. Lipozyme TL IM 4. Aquadest (H2O)
5. Natrium Hidroksida (NaOH) 6. Etanol (C2H5OH)
7. Phenolftalein (C20H14O4) 8. Poly Vinil Alcohol Teknis
3.2.2Peralatan Penelitian
Pada penelitian ini peralatan yang digunakan antara lain: 1. Erlenmeyer
2. Shaker 3. Hot Plate 4. Beaker Glass
10.Labu Leher Tiga 11.Refluks Kondensor 12.Pipet Tetes
13.Statif dan Klem 14.Stopwatch 15.Piknometer
16.Viskosimeter Ostwald 17.Karet Penghisap 18.Buret
19.Kertas Saring 20.Gabus
3.3 RANCANGAN PERCOBAAN
Penelitian ini dilakukan dengan variabel bebas yaitu jumlah biokatalis dan temperatur pada reaksi transesterifikasi dengan menggunakan metode permukaan respon (response surface methodology).
Level-level eksperimen pada masing-masing variabel independen dikodekan sedemikian hingga level rendah berhubungan dengan -1 dan level tinggi berhubungan dengan 1 untuk mempermudah perhitungan. Desain Central Composite Design (CCD) pada eksperimen yang menggunakan dua variabel independen nilai rotatabilitasnya = (22)1/4 = 1,4141 ≈ 1,414. Oleh karena itu nilai ± 1,414 termasuk nilai yang digunakan untuk pengkodean [34].
Adapun level terkode percobaan dapat dilihat pada tabel 3.1 dan 3.2. Tabel 3.1 Perlakuan Terkode untuk Reaksi Transesterifikasi
Perlakuan Perlakuan Terkode
-1,414 -1 0 1 1,414
Suhu Reaksi (oC) 38 40 45 50 52
Tabel 3.2 Central Composite Design (CCD) untuk 2 Variabel
No Suhu Reaksi
(X1)
Jumlah Biokatalis (X2)
1 -1 -1
2 1 -1
3 -1 1
4 1 1
5 -1,414 0
6 1,414 0
7 0 -1,414
8 0 1,414
9 0 0
10 0 0
11 0 0
12 0 0
13 0 0
3.4 PROSEDUR PENELITIAN 3.4.1 Prosedur Degumming CPO
Proses
degumming
CPO ini dilakukan dengan mengadopsi prosedur
yang dilakukan oleh Satriana dan Muhammad [35], Gumpon dkk [36]
dan Alkabbashi dkk [37] yaitu:
1.
CPO sebanyak 300 gram dimasukkan ke dalam erlenmeyer dan
dipanaskan di
hot plate
dimana temperatur air dan minyak dijaga
konstan pada 60
oC.
2.
Gum
(getah) dalam minyak seperti
phospholipids
dihilangkan
dengan penambahan 0,6 % (b/b) CPO untuk H3PO4 85%.
3.
Diaduk homogen pada kecepatan 400 rpm selama 15 menit hingga
kandungan CPO itu terlihat semi-transparan, cokelat gelap.
3.4.2 Prosedur Utama
Adapun prosedur utama pada reaksi transesterifikasi yaitu:
1. Degummed Palm Oil (DPO) dan metanol dengan rasio mol tertentu dimasukkan ke dalam erlenmeyer.
2. Lipozyme sebanyak jumlah tertentu dari berat total DPO dan metanol dimasukkan ke dalam campuran.
3. Campuran dipanaskan dengan pemanas hingga mencapai suhu reaksi tertentu kemudian dihomogenkan campuran menggunakan shaker dengan kecepatan 200 rpm selama 15 jam.
4. Pemanas dan shaker dimatikan kemudian campuran reaksi dikeluarkan dari erlenmeyer setelah tercapai waktu reaksi kemudian campuran disaring pada erlenmeyer lain dan Lipozyme disimpan pada suhu 20 oC.
5. Campuran yang telah disaring kemudian dimasukkan ke dalam botol penyimpanan untuk dianalisis.
3.4.3 Prosedur Analisis
3.4.3.1Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis
Analisa aktivitas enzim lipase dengan metode hidrolisis diadopsi dari Minovska, et al [38] dengan prosedur sebagai berikut:
1. 2 ml Degummed Palm Oil (DPO) dan 15 ml aquadest ditambahkan ke dalam erlenmeyer.
2. PVA teknis (Poly Vinil Alcohol) sebanyak 0,3 gram dimasukkan ke dalam campuran.
3. Lipozyme dimasukkan ke dalam campuran dengan konsentrasi 10% dari berat total DPO dan aquadest.
4. Reaksi hidrolisis ini dilangsungkan selama 1 jam
5. Setelah tercapai waktu reaksi, sampel sebanyak 2 ml diambil untuk dititrasi menggunakan NaOH 0,05 M.
3.4.3.2Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku CPO dengan Metode Tes AOCS Official Method Ca 5a-40
Untuk Analisis kadar FFA bahan baku CPO sesuai dengan AOCS Official Method Ca 5a-40 dengan prosedur sebagai berikut:
1. Bahan baku CPO sebanyak 7,05 ± 0,05 gram dimasukkan ke dalam erlenmeyer. 2. Ditambahkan etanol 95% sebanyak 75 ml.
3. Campuran dikocok kuat dan dilakukan titrasi dengan NaOH 0,25 N dengan indikator fenolftalein 3-5 tetes. Titik akhir tercapai jika warna larutan berwarna merah rosa dan warna ini bertahan selama 10 detik.
Kadar FFA= T x V x BM berat sampel x 10 Dimana: T = normalitas larutan NaOH
V = volum larutan NaOH terpakai M = berat molekul FFA
3.4.3.3Analisis Komponen Asam Lemak Dalam Bahan Baku CPO dan Biodiesel yang dihasilkan menggunakan GCMS
Komposisi bahan baku CPO serta biodiesel yang dihasilkan akan dianalisis menggunakan instrumen GCMS pada Laboratorium Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) untuk mengetahui komponen asam lemak dalam trigliserida seperti asam oleat, asam palmitat, dan asam stearat.
3.4.3.4Analisis Viskositas Biodiesel yang dihasilkan dengan Metode Tes ASTM D 445
3.4.3.5Analisis Densitas Biodiesel yang dihasilkan dengan Metode Tes OECD 109
3.5 FLOWCHART PENELITIAN
[image:46.595.114.520.66.768.2]3.5.1 Flowchart Prosedur Degumming CPO
Gambar 3.1 Flowchart Prosedur Degumming pada CPO
3.5.2 Sintesis Biodiesel dengan Reaksi Transesterifikasi
Mulai
Degummed Palm Oil (DPO) dan metanol dimasukkan dengan rasio mol tertentu ke dalam erlenmeyer
Lipozyme dengan jumlah tertentu dari berat total DPO dan metanol dimasukkan ke dalam campuran
Campuran dipanaskan dengan pemanas hingga mencapai suhu reaksi tertentu
A
300 gram CPO dimasukkan ke dalam erlenmeyer lalu ditambah
asam fosfat (H3PO4) 0,6 % b/b dari berat CPO
Dipanaskan di 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 lalu disaring
Diambil hasil minyak yang telah disaring sebagai bahan baku biodiesel
Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Utama A
Campuran dihomogenkan menggunakan shaker dengan kecepatan 200 rpm selama 15 jam
Shaker dimatikan
Campuran dikeluarkan dari erlenmeyer disaring, setelah itu dimasukkan ke dalam erlenmeyer lain sehingga Lipozyme dan
campuran terpisah
Biodiesel dimasukkan ke dalam botol penyimpanan
Lipozyme disimpan pada suhu 20 oC
Dianalisis biodiesel yang dihasilkan
3.5.3 Flowchart Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis
[image:48.595.127.498.93.489.2]
Gambar 3.3 Flowchart Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis 2 ml Degummed Palm Oil (DPO) dan 15 ml
aquadest ditambahkan ke dalam erlenmeyer.
PVA teknis (Poly Vinil Alcohol) sebanyak 0,3 gram dimasukkan ke dalam campuran
Lipozyme dimasukkan ke dalam campuran dengan konsentrasi 10% dari berat total DPO dan aquadest
Reaksi hidrolisis ini dilangsungkan selama 1 jam
Sampel sebanyak 2 ml diambil untuk dititrasi menggunakan NaOH 0,05 M
Nilai FFA kemudian dihitung
3.5.4 Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku CPO dengan Metode Tes AOCS Official Method Ca 5a-40
Gambar 3.4 Flowchart Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku CPO Selesai
Kadar FFA dihitung Apakah larutan berwarna
merah rosa?
Ya
Campuran dititrasi dengan NaOH 0,25 N Campuran dikocok kuat kemudian ditambahkan indikator fenolftalein 3-5 tetes
Ditambahkan etanol 95% sebanyak 75 ml Bahan baku CPO sebanyak 7,05 ± 0,05 gram dimasukkan ke dalam erlenmeyer.
Mulai
3.5.5 Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan dengan Metode Tes ASTM D 445
Gambar 3.5 Flowchart Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan Mulai
Viskosimeter dikalibrasi dengan air untuk menentukan konstanta viskosimeter
Sampel berupa biodiesel dimasukkan sebanyak 5 ml kedalam viskosimeter
Sampel dihisap dengan karet penghisap hingga melewati batas atas viskosimeter
Sampel dibiarkan mengalir ke bawah sampai batas bawah viskosimeter
Waktu alir sampel dicatat dari batas atas hingga batas bawah
Pengukuran dilakukan sebanyak 3 kali
Viskositas sampel dihitung
3.5.6 Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan dengan Metode Tes OECD 109
Gambar 3.6 Flowchart Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan Mulai
Piknometer dikalibrasi dengan air untuk mengetahui volume piknometer
Piknometer diisi dengan hasil sintesis biodiesel
Massanya ditimbang
Densitas sampel percobaan dihitung
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 ANALISIS BAHAN BAKU CRUDE PALM OIL (CPO)
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan bahan baku berupa Crude Palm Oil (CPO) yang telah di degumming. CPO merupakan minyak sawit kasar yang dihasilkan dari bagian mesocarp buah sawit yang masih mengandung fraksi non trigliserida baik yang larut dalam minyak seperti fosfat, maupun yang tidak larut dalam minyak seperti suspensi koloid [19].
Degumming adalah proses pemisahan gum, yaitu proses pemisahan getah atau lendir yang terdiri dari fosfolipid, protein, residu, karbohidrat, air dan resin. Beberapa cara yang dapat dilakukan untuk proses pemisahan gum antara lain adalah pemanasan, penambahan asam (H3PO4, H2SO4 dan HCl) atau basa (NaOH), pemisahan gum dengan cara hidrasi dan pemisahan gum dengan menggunakan garam seperti natrium khlorida dan natrium fosfat [19]. Adanya pengotor pada minyak terutama getah (gum) mampu menyumbat pori-pori dan sisi aktif enzim sehingga mengurangi kinerja dari enzim lipase sendiri.
Berikut adalah perbandingan kadar ALB pada CPO sebelum dan setelah proses degumming seperti yang terlihat pada gambar 4.1
Dari gambar 4.1 dapat dilihat bahwa terjadi penurunan ALB dari CPO setelah di degumming sebesar 35,37 %. Penurunan kadar ALB ini berarti juga meningkatkan kinerja enzim karena berkurangnya kadar dan jumlah zat pengotor berupa getah (gum) yang berpotensi menghambat pori-pori dan sisi aktif enzim berkurang [39]. Manurung, dkk., 2014 telah melakukan penelitian menggunakan bahan baku CPO tanpa degumming dan akseptor asilnya berupa metil asetat dan diperoleh yield biodiesel sebesar 16,05 %, dimana perolehan yield ini jauh lebih kecil dibandingkan dengan menggunakan bahan baku CPO yang telah di-degumming. Dapat kita ketahui bahwa penggunaan metil asetat sebagai akseptor asil memiliki hasil yang lebih baik daripada penggunaan metanol yang menghasilkan produk samping berupa gliserol yang dapat memblok sisi aktif enzim sehingga tidak diperlukan pengujian ulang terhadap CPO tanpa degumming. Berdasarkan hal tersebut maka proses degumming mutlak harus dilakukan sebagai pretreatment dalam penggunaan CPO sebagai bahan baku biodiesel secara enzimatis.
Berikut adalah gambar hasil analisis dengan menggunakan GC (Gas Chromatography) untuk mengetahui komposisi asam-asam lemak yang terkandung
Dari kromatogram pada gambar 4.2, komposisi asam lemak CPO tersebut disajikan pada tabel 4.1.
Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari CPO (Crude Palm Oil) No. Puncak Retention Time
(menit) Komponen Penyusun Komposisi % (b/b)
1 13,336 Asam Laurat (C12:0) 0,0490 2 16,301 Asam Miristat (C14:0) 0,5053 3 18,952 Asam Palmitat (C16:0) 35,0279 4 19,255 Asam Palmitoleat (C16:1) 0,2391 5 21,218 Asam Stearat (C18:0) 3,6350 6 21,545 Asam Oleat (C18:1) 50,0330 7 22,043 Asam Linoleat (C18:2) 9,7705 8 22,749 Asam Linolenat (C18:3) 0,3125 9 23,418 Asam Arakidat (C20:0) 0,3181 10 23,783 Asam Eikosenoat (C20:1) 0,1095
Berdasarkan data komposisi asam lemak dari CPO maka dapat ditentukan bahwa berat molekul CPO (dalam bentuk trigliserida) adalah 855,03707 gr/mol sedangkan berat molekul FFA CPO adalah 272,298078 gr/mol. Berdasarkan hasil analisis GC, komponen asam lemak yang dominan pada sampel CPO adalah pada puncak 6 yaitu asam lemak tidak jenuh berupa asam oleat sebesar 50,0330% (b/b) dan pada puncak 3 yaitu asam lemak jenuh berupa asam palmitat sebesar 35,0279% (b/b). Knothe, 2005 menyarankan minyak dengan kandungan asam oleat (C18:1) terbesar adalah minyak yang paling cocok untuk memproduksi biodiesel [40].
semakin mudah pula terjadi kerusakan pada asam lemak itu sendiri, begitu juga dengan non asam lemak yang terdapat di dalamnya.
Salah satu komponen nontrigliserida adalah pigmen karoten. Pigmen karoten merupakan senyawa hidrokarbon tidak jenuh (memiliki intensitas bilangan iodium tertentu) yang juga bersifat labil atau sensitif terhadap oksidasi oleh oksigen dan dipercepat oleh panas. Bilangan iodium pada asam lemak menandai jumlah ikatan rangkap yang dikandung asam lemak itu sendiri dan bahan pengotor yang mengandung ikatan rangkap di dalamnya. Bilangan iodium ini sangat mempengaruhi warna asam lemak, karena sifatnya yang labil atau sensitif terhadap oksidasi oleh udara dan dipercepat oleh kenaikan suhu atau panas [42].
Komposisi asam lemak jenuh dan tak jenuh pada CPO disajikan pada tabel 4.2 berikut:
Tabel 4.2 Komposisi Asam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh pada CPO
Komposisi Persentasi (%)
Asam Lemak Jenuh 39,2172 Asam Lemak Tak Jenuh 60,7827
Dalam penelitian ini digunakan enzim lipase terimobilisasi (Lipozyme) sebagai biokatalis. 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 % maka penggunaan enzim yang non spesifik seperti Novozym 435 memungkinkan akan memberikan hasil yang lebih baik. Sebab lipozyme hanya bekerja pada posisi sn-1 dan sn-3 yang berupa asam lemak jenuh. Tetapi dari hasil penelitian yang dilakukan diperoleh sebesar 79,482%, sedangkan Manurung, dkk (2014) memperoleh 68,14% [39]. Jadi, meskipun lipozyme merupakan enzim spesifik ternyata pada penelitian ini diperoleh yield yang lebih besar dengan variabel waktu 15 jam, suhu 45 oC dan jumlah biokatalis 30%.
4.2 ANALISIS PENGARUH VARIABEL PERCOBAAN
terlaksananya penelitian. Hasil dari data yang telah diperoleh dapat disajikan pada tabel 4.3 berikut:
Tabel 4.3 Perkiraan Parameter Model Persamaan Statistik
Term Coef SE Coef T P
Constant 44,6910 7,882 5,670 0,001
Suhu Reaksi (X1) -0,6738 6,231 -0,108 0,917 Jumlah Biokatalis (X2) 22,8091 6,231 3,660 0,008
X1*X1 -6,0210 6,682 -0,901 0,398
X2*X2 -2,2753 6,682 -0,340 0,743
X1*X2 -4,0473 8,812 -0,459 0,660
Berdasarkan hasil analisis statistik pada tabel 4.3 di atas, dapat dilihat bahwa suhu reaksi memberikan pengaruh negatif sebesar 0,6738 kali terhadap pembentukan produk biodiesel. Diikuti dengan variabel jumlah biokatalis memberikan pengaruh yang signifikan sebesar 22,8091 kali terhadap pembentukan produk biodiesel. Begitu pula interaksi suhu reaksi dan jumlah biokatalis yang memberikan pengaruh negatif.
4.2.1 Pengaruh Interaksi Variabel Suhu Reaksi dengan Jumlah Biokatalis Pengaruh interaksi variabel jumlah biokatalis dengan suhu reaksi ditunjukkan oleh plot surface dengan menggunakan Software Minitabpada gambar 4.3 berikut:
30 0
20 20
40 60 80 100
40 10
44 48
52
Yield
Jumlah Biok atalis
Suhu Reak si
Pada gambar 4.3 menunjukkan bahwa peningkatan jumlah biokatalis lebih berpengaruh pada % yield dengan variabel tetap rasio mol reaktan 1:3 dan dapat kita lihat pada grafik plot surface di atas bahwa pada penambahan jumlah biokatalis terjadi peningkatan yang signifikan. Hal ini disebabkan oleh karakteristik yang dimiliki oleh biokatalis (Lipozyme) yang memiliki pori-pori sebagai sisi aktif enzim sehingga dapat mempercepat reaksi dengan substrat, sehingga semakin bertambahnya jumlah biokatalis akan lebih mempercepat reaksi dalam transesterifikasi sehingga diperoleh yield yang lebih tinggi. Namun pada suhu reaksi tidak terlalu berpengaruh pada % yield yang dihasilkan bahkan memberikan pengaruh yang negatif terhadap yield yang dihasilkan. Hal ini disebabkan karena temperatur reaksi yang lebih tinggi mampu mendeaktivasi enzim lipase dan enzim lipase tidak dapat bertahan jika temperatur yang digunakan terlalu tinggi. Selanjutnya, dapat kita lihat pada gambar 4.4 di bawah ini secara jelas variabel mana yang lebih berpengaruh terhadap yield yang dihasilkan.
Suhu Reaksi J u m la h B io k a t a li s 50.0 47.5 45.0 42.5 40.0 30 25 20 15 10 > – – – – – < 0 0 20 20 40 40 60 60 80 80 100 100 Yield
Gambar 4.4 Kontur %Yield Biodiesel untuk Suhu Reaksi vs Jumlah Biokatalis
ini mungkin diakibatkan oleh terdeaktivasinya enzim lipase pada suhu tinggi sehingga mampu menurunkan % yield biodiesel. Begitu juga pada penambahan biokatalis akan menghasilkan yield yang lebih besar karena semakin banyak jumlah biokatalis maka semakin cepat pula reaksi transesterifikasi terjadi dengan baik. Plot kontur pada gambar 4.4 menunjukkan bahwa jika suhu reaksi dipertahankan ≤ 45 oC dan jumlah biokatalis dinaikkan dengan jumlah maksimal 30%, maka mampu meningkatkan % yield produk biodiesel. Pada saat suhu reaksi dinaikkan dan jumlah biokatalis dipertahankan tetap, terlihat bahwa hal tersebut tidak mempengaruhi % yield bahkan terjadi penurunan % yield.
Antczak et al. (2009) menyatakan bahwa suhu optimum lipase amobil tergantung pada stabilitas lipase, jenis pelarut dan jenis alkohol [44]. Jeong dan Park (2008) melakukan proses transesterifikasi dengan suhu reaksi antara 25 °C-55 °C dan menemukan suhu reaksi optimum menjadi 40 °C [45].
Chen et al (2006) melaporkan bahwa hasil yield biodiesel meningkat (mencapai maksimum 87%) ketika suhu reaksi meningkat dari 30 sampai 40 °C dan kemudian menurun ketika suhu reaksi telah meningkat 40-70 °C selama yield
minyak jelantah menjadi metil ester menggunakan Lipozyme RM IM [46]. Dizge dan Keskinler (2008) melaporkan bahwa hasil yield biodiesel meningkat (mencapai maksimum 85,8%) ketika suhu reaksi meningkat dari 30 sampai 40 °C dan kemudian menurun ketika suhu reaksi telah meningkat 40-70 °C saat mengkonversi minyak canola untuk metil ester menggunakan Lipozyme TL [47]. Untuk bahan baku berupa CPO yang digunakan dalam penelitian ini bila dilihat dari gambar 4.3, temperatur optimum untuk kerja Lipozyme sesungguhnya adalah ≤ 45 oC.
4.3 PEMAKAIAN ULANG (REUSE)LIPOZYME
mengurangi penghambatan lipase dan mencapai 85% hasil konversi setelah 8 siklus [48]. Berdasarkan penjelasan tersebut dapat dibuktikan pada gambar 4.5 berikut ini:
Gambar 4.5 Hubungan Jumlah Pemakaian Terhadap Perolehan Yield Biodiesel
Pada gambar 4.5 dilihat bahwa yield biodiesel mengalami penurunan dari pemakaian awal enzim pertama hingga pemakaian ulang enzim ke empat. Seperti dilaporkan oleh peneliti lain, penurunan aktivitas enzim mungkin karena interaksi menurun antara lipase dan substrat, sedangkan penggunaan ulang enzim dalam reaksi tanpa menghilangkan gliserol dari sistem dapat menghambat interaksi antara substrat dan lipase [49]. Dalam penelitian ini tidak digunakan treatment terhadap pemakaian ulang enzim dan hanya melakukan pemisahan dengan cara memisahkan enzim menggunakan kertas saring sehingga kemungkinan gliserol masih tersisa di enzim tersebut untuk digunakan kembali.
Souza et al. (2012), menggunakan minyak kedelai sebagai bahan baku dan etanol sebagai aseptor asil dan dengan rasio molar 1:3 pada suhu reaksi 50 oC selama 4 jam dan biokatalis Lipozyme sebanyak 5%, memperoleh yield biodiesel sebesar 29% dan persen penurunan yield sebesar 68,97 % dengan 2 kali penggunaan ulang [50], sedangkan pada penelitian ini yang menggunakan metanol sebagai aseptor asil dan dengan rasio molar 1:3 pada suhu 45 oC selama 15 jam memperoleh yield biodiesel sebesar 79,482 % dalam 4 kali penggunaan ulang dan pada penggunaan
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Y ie ld (% ) Pemakaian Ulang Run 1 Run 2 Run 3 Run 4
ulang enzim ke IV diperoleh yield sebesar 11,467, persen penurunan yield yang diperoleh lebih kecil yaitu 68,015 %.
4.4ANALISIS AKTIVITAS ENZIM LIPOZYME
Pada penelitian ini, telah dilakukan analisis aktivitas lipozyme dengan menghitung persen hidrolisa minyak kelapa sawit (CPO) yang merupakan salah satu parameter untuk mengetahui seberapa banyak minyak yang akan terhidrolisis menjadi asam lemak dalam waktu tertentu dapat dilihat pada gambar 4.6.
Gambar 4.6 Diagram Aktivitas Enzim Oleh Lipozyme Sebelum Pemakaian dan Setelah Pemakaian Ulang IV
Gambar 4.6 menunjukkan diagram aktivitas enzim oleh Lipozyme sebelum dan setelah pemakaian IV. Dapat dilihat bahwa aktivitas enzim menurun setelah pemakaian IV menurun sebesar 0,34%. Penurunan tingkat hidrolisis tersebut dikarenakan rusaknya struktur tiga dimensi enzim sebab pada kondisi tersebut gugus OH- dari lingkungan akan berikatan dengan ion H+ dari gugug COO- sisi aktif enzim membentuk H2O. Hal tersebut mengakibatkan rusaknya ikatan antara atom hidrogen dengan oksigen, Akibatnya enzim kehilangan aktivitas katalitiknya. Penambahan air dibutuhkan untuk mengaktifkan sisi katalitik dari enzim. Jumlah air yang sedikit akan mengurangi kemungkinan kontak fisik antara enzim dengan air, sehingga proses hidrolisis tidak berjalan optimal [51]. Tetapi, jika penambahan air dilakukan
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
P
ers
en
H
id
ro
li
sa
secara berlebihan maka dapat mengurangi yield yang dihasilkan sebab enzim lebih larut dalam air dibandingkan dengan minyak.
Selain itu, dapat dijelaskan bahwa aktivitas enzim setelah pemakaian IV jauh menurun dibandingkan sebelum pemakaian dengan persen hidrolisis memperoleh total penurunan yield sebesar 78,015 % dapat dilihat pada Lampiran 2.
Aktivitas enzim mengalami penurunan secara signifikan pada setiap pengulangan enzim hingga pengulangan enzim ke IV. Hal ini diseb