45
I. Riwayati dan
L. Kurniasari
Laboratorium Proses Kimia Jurusan Teknik KimiaFakultas Teknik Universitas Wahid Hasyim
Semarang Jl Menoreh Tengah X/22 Semarang
e-mail: riway79@yahoo.com
STUDI HIDROLISA MINYAK GORENG BEKAS
SECARA ENZIMATIS AKTIVASI GELOMBANG
MIKRO
Penggunaan minyak goreng di industri dan rumah tangga yang cukup besar dapat menimbulkan masalah lingkungan. Hal ini disebabkan oleh limbah dalam bentuk minyak goreng bekas yang sudah tidak layak konsumsi. Minyak mempunyai rantai karbon yang panjang sehingga membutuhkan waktu cukup lama bagi alam untuk menguraikannya. Minyak bekas juga mempunyai mempunyai kandungan trigliserida yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan asam lemak dan gliserol melalui reaksi hidrolisa. Reaksi hidrolisa lemak secara enzimatis tidak efisien karena membutuhkan waktu yang lama dan harga enzim yang relatif mahal. Dari studi yang dilakukan terdapat peluang untuk mengefisienkan proses hidrolisa dengan mempercepat waktu reaksi. Salah satu caranya adalah dengan batuan gelombang mikro. Reaksi hidrolisa minyak dengan bantuan gelombang mikro ini tidak hanya membuat reaksi lebih efisien, tetapi juga menghasilkan proses yang lebih bersih dan hemat energi.
Kata Kunci : minyak goreng bekas, lipase, gelombang mikro Pendahuluan
Minyak dan lemak merupakan salah satu bahan makanan yang dihasilkan oleh alam. Kandungan trigliserida didalamnya dapat diolah menjadi berbagai jenis produk dengan melalui beberapa tahap proses. Diperkirakan sekitar 20 juta ton minyak dan lemak dipergunakan diseluruh dunia, sebagian besar sebagai minyak goreng terutama industri makanan. Penggunaan minyak goreng didalam industri tersebut ditujukan untuk meningkatkan kualitas dan nilai nutrisi makanan yang dihasilkan (Kheang, dkk., 2006). Dari data GIMNI (Gabungan Industri Minyak Nabati Indonesia), konsumsi minyak goreng nasional tercatat sebanyak 3,2 ton pada tahun 2010. Konsumsi itu akan terus bertambah seiring dengan laju pertumbuhan penduduk.
Selama proses penggorengan, minyak goreng akan mengalami pemanasan pada suhu tinggi 170 0 – 180 0
C dalam waktu cukup lama. Hal ini akan menyebabkan terjadi reaksi oksidasi, hidrolisis dan polimerisasi yang menghasilkan senyawa-senyawa hasil degradasi minyak seperti keton, aldehid dan polimer yang dapat merugikan kesehatan manusia .Proses-proses tersebut menyebabkan kerusakan minyak. Kerusakan utama adalah timbulnya bau dan rasa tengik, sedangkan kerusakan lain meliputi peningkatan kadar asam lemak bebas (FFA), bilangan iodin, kekentalan minyak, terbentuknya busa serta timbulnya kotoran dari bumbu yang digunakan dan bahan yang digoreng (Ketaren, 1986). Konsumsi minyak goreng yang sudah tidak layak pakai dapat mengakibatkan kerusakan sel-sel pembuluh darah, liver, jantung maupun ginjal.
Selain itu selama proses penggorengan, akan terbentuk senyawa racun acrolein yang dapat menimbulkan rasa gatal (serak) ditenggorokan jika dikonsumsi (Rukmini, 2007).
Jika melihat konsumsi dunia, maka akan ada banyak limbah lemak dan minyak, terutama dinegara-negara maju. Pengelolaan limbah tersebut menjadi suatu tantangan karena apabila tidak dikelola dengan baik akan menjadi masalah lingkungan yang disebabkan oleh pencemaran sumber daya perairan dan daratan. Pengolahan limbah minyak dan lemak yang telah dilakukan adalah dengan cara dipergunakan sebagai bahan baku pembuatan sabun dan biodiesel, tetapi
sebagian besar dibuang ke lingkungan.
Berdasarkan data dari The Energy Information Administration, limbah minyak yang dihasilkan di USA sebanyak 9 pounds per kapita per tahun (Chhetri, dkk., 2008).
Pengolahan minyak menjadi asam lemak merupakan proses yang penting karena salah satu dari dua proses yang menghubungkan industri minyak nabati dan industri oleokimia. Asam lemak dan gliserol digunakan secara luas sebagai bahan baku pada industri makanan, kosmetik dan obat-obatan. Proses yang telah ada di industri adalah dengan menghidrolisa minyak menjadi asam lemak dan gliserol pada suhu dan tekanan 259 0C dan 50 bar, selama 2 jam dengan konversi 96%-99%. Dalam kondisi ini, asam lemak yang diperoleh berwarna gelap dan larutan gliserol berair yang tak berwarna sebagai akibat polimerisasi lemak dan produk samping. Disamping itu produksi dengan
46
cara itu mengkonsumsi banyak energi (Serri, dkk., 2008).
Hidrolisis lemak dan minyak dengan bantuan enzim akan mengurangi degradasi termal dan pemakaian energi karena dilakukan pada suhu rendah (Serri, dkk., 2008 dan Hermansyah, dkk., 2007). Namun demikian proses hidrolisa dengan enzim membutuhkan waktu yang cukup lama dibandingkan hidrolisa dengan katalis asam (Saxena, dkk., 2005; Saifudin dan Raziah, 2008).
Artikel ini memberikan uraian proses hidrolisa enzimatis minyak goreng bekas dengan bantuan gelombang mikro sebagai salah satu cara untuk mempercepat reaksinya.
Limbah minyak Goreng
Minyak goreng yang ada di Indonesia sebagaian besar berasal dari kelapa sawit. Komposisi utama minyak sawit adalah asam lemak jenuh dan tak jenuh, seperti pada tabel 1.
Tabel 1. Komposisi asam lemak Minyak kelapa sawit (Khairat dan Herman, 2004)
Asam Lemak Komposisi
Miristat (C14:0) Palmitat (C16:0) Stearat (C18:0) Oleat (C18:1(9)) Linoleat (C18:2(9,12)) Laurat (C12:0) 1,1-2,5% 40-45% 3,6-4,7% 39-45% 7-11% 46-52%
Setelah digunakan, minyak goreng tersebut akan mengalami perubahan dan bila ditinjau dari komposisi kimianya, minyak jelantah mengandung senyawa-senyawa yang bersifat karsinogenik, yang terjadi selama proses penggorengan. Perubahan sifat ini menjadikan minyak goreng tersebut tidak layak lagi digunakan sebagai bahan makanan. Oleh karena itu minyak goreng yang telah dipakai atau minyak jelantah (waste cooking oil) menjadi barang buangan atau limbah dari industri penggorengan (Rosita dan Widasari, 2009). Perubahan fisik yang langsung dapat dilihat adalah peningkatan kekentalan (viskositas), timbulnya busa, bau dan rasa tengik, secara kimia dapat dilihat dengan kenaikan bilangan penyabunan dan komposisi asam lemak didalamnya (chhtre, dkk., 2008).
Limbah minyak goreng sebagian besar berasal dari industri makanan yang menggunakan proses penggorengan, restoran cepat saji, rumah makan dan rumah tangga. Dari data statistik diperoleh konsumsi minyak goreng Indonesia pada tahun 2010 sebesar 3,2 ton, jika 50 % minyak goreng
tersebut menjadi limbah karena tidak layak pakai, maka akan ada 1,6 minyak goreng bekas per tahun. Karakteristik minyak yang mempunyai rantai karbon panjang menyebabkan tidak mudah terurai oleh lingkungan. Hal tersebut dapat menimbulkan masalah jika dibuang ke lingkungan. Salah satu cara memanfaatkan minyak goreng bekas dengan
mengubahnya menjadi biodiesel. Beberapa
penelitian mengenai pembuatan biodiesel dari minyak goreng bekas telah banyak dilakukan (Hasibuan dkk., 2009; Zhang dkk, 2003 dan Kheang dkk, 2006).
Produksi asam lemak
Peranan asam lemak sangat penting dalam industri oleokimia. Sebagai produk intermediet, asam lemak diolah menjadi berbagai macam produk turunannya seperti yang terlihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Bagan industri Oleokimia
Penggunaan asam lemak dalam industri diantaranya adalah:
- Industri karet, sebagai softening dan plastisizing agent
- Industri lilin, mempermudah pelepasan lilin dari cetakan dan meningkatkan kualitas lilin - Industri kosmetik dan sabun, sebagai pewangi
dan penghasil busa sabun
- Sebagai bahan baku surfaktan anionik
- Sebagai emulsifier pada pembersih rumah tangga
- Menhasilkan ester asam lemak yang berfungsi sebagai bahan campuran pada industri tekstil
47
dan obat-obatan serta dapat dipergunakan sebagai biodiesel
- Dalam bentuk fatty nitrogen dapat mengubah
limbah unbiodegradabel menjadi
biodegradable.
- Dapat digunakan sebagai pelumas
Produksi asam lemak secara garis besar adalah dengan memecah trigliserida yang ada di dalam minyak menjadi asam lemak dan gliserol melalui reaksi sebagai berikut (Gervajio,2005):
Trigliserida air asam lemak gliserol
Proses pembentukan asam lemak dapat dibagi menjadi 4, yaitu:
1. Proses Twitchell
Proses ini rendah biaya investasi serta sederhana dalam operasi dan instalasi tetapi
tinggi konsumsi energi dan kualitas
produknya rendah. Pada proses ini
menggunakan reagen twittchell dan asam sulfat sebagai katalis.
2. Proses batch autoclave
Menggunakan katalis seng, magnesium atau kalsium oksida. Prosesnya berlangsung selama 6-10 jam, dengan warna asam lemak yang lebih cerah.
3. Proses kontinyu
Proses ini disebut juga proses Colgate-emery dan merupakan proses yang paling efisien saat ini. Reaksi hidrolisis berlangsung kontinyu pada suhu dan tekanan tinggi serta waktu yang singkat.
4. Proses enzimatis
Reaksi hidrolisis terjadi dengan bantuan enzim lipolitik. Proses ini membutuhkan biaya yang tinggi karena harga enzim yang dipergunakan serta waktu reaksi yang lama. Sebagai contoh dalam penelitian enzim lipase dari candida rugoza, Aspergillus niger dan Rhizopus arrhizus dapat menghidrolisa lemak dan minyak pada range suhu 26-46 0 C membutuhkan waktu 48-72 jam dengan konversi 98 % (Gervajio, 2005).
Hidrolisa enzimatis dengan Gelombang Mikro Enzim atau biokatalis merupakan biomolekul
yang bekerja pada substrat khusus dan
mengubahnya menjadi produk. Kelebihan katalis ini dibandingkan dengan katalis anorganik
diantaranya hanya bekerja pada substrat dan menghasilkan produk tertentu, kecepatan reaksi tinggi, tidak beracun, biodegradable, dapat diproduksi di laboratorium serta bekerja pada pH, suhu dan tekanan ambien. Lipase merupakan enzim yang dapat mengkatalis reaksi hidrolisa
ester pada media berair serta reaksi
esterifikasi/transesterifikasi di dalam media organik (Saifuddin dan Raziah, 2008).
Lipase dapat dihasilkan dari beberapa mikroorganisme dan organisme yang lebih tinggi
lainnya seperti eukariot. Mikroorganisme
penghasil enzym adalah bakteri, fungi, yeast, dan actinomycetes. Fungi merupakan sumber lipase terbaik untuk digunakan dalam industri (Rajesh dkk., 2010).
Jenis bakteri penghasil lipase yang telah diinvestigasi untuk dikomersialkan adalah Staphylococcus spp. dan Pseudomonas spp., sedangkan dari kelas fungi adalah Aspergillus spp., Candida spp. dan Rhizopus spp. (Gosh dkk, 1996). Investigasi lain yang telah dilakukan pada bakteri penghasil lipase (Bacillus subtilis)
menyatakan bahwa aktivitas maksimum enzim extraseluler yang diperoleh sebesar 4,5 U g/ds (unit
per gram of dry fermented substrate) setelah 48
jam fermentasi. Substrat yang digunakan coconut
oil cake dengan kandungan air 70 % dan pada
kondisi pH 8 (singh, dkk., 2010 dan chaturvedi,
dkk., 2010). Study yang dilakukan pada
Penicillium aurantiogriseum mendapatkan yield
aktivitas lipolitik tertinggi sebesar 25 U/ml, setelah 48 jam fermentasi pada suhu 29 0 C dengan menggunakan minyak zaitun sebesar 1 % sebagai sumber C pada medium (Lima, dkk., 2003). Sementara Trichoderma reseei menghasilkan yield maksimum sebesar 4,23 U/ml setelah 96 jam menggunakan submerged fermentation pada media minyak zaitun 5 % dengan pH 5 pada suhu 30 0C (Rajesh, dkk., 2010). Aspergillus niger mempunyai aktivitas tertinggi sebesar 42,22 u/ml dengan jumlah mikroorganisme sebesar 50% substrat, menggunakan media substrat onggok dan waktu fermentasi selama 4 hari (Maryanty, dkk., 2010).
Teknologi microwave menggunakan
gelombang elektromagnet yang mempunyai
frekuensi antara 0,3 sampai dengan 300 GHz.. Mekanisme pemanasan pada microwave melalui dua cara yaitu: polarisasi dipolar dan konduksi
ionic. Dibandingkan dengan pemanasan
konvensional, microwave membangkitkan panas
dari dalam bahan yang dipanaskan yang
menyebabkan waktu pemanasan yang lebih cepat (Li, dkk., 2010). Meskipun begitu, pengaruh
48
gelombang mikro terhadap kecepatan reaksi bukan karena efek termal. Hal ini dapat dipahami bahwa energi dari foton microwave (≈ 1 J/mol) tidak cukup untuk memutuskan ikatan kimia (berkisar >300 J/mol), walaupun ikatan hidrogen mempunyai energi sebesar puluhan J/mol. Hal ini yang menimbulkan pemikiran tentang konsep efek non termal yang disebut juga efek khusus microwave. Beberapa hasil penelitian yang telah
dilakukan berkenaan dengan microwave
diantaranya adalah reaksi kimia tertentu dapat dipercepat dari beberapa jam menjadi beberapa menit, efek reaksi pada alkohol, menghasilkan membran zeolit dengan morfologi, orientasi dan komposisi yang berbeda. Ini berhubungan dengan pengaruh khusus microwave yang disebut sebagai “aktivasi selektif” (Saifuddin, dkk., 2011).
Pengaruh microwave terhadap reaksi enzimatis juga termasuk efek khusus, karena efek termal berlebih dapat mengganggu kerja enzim. Reaksi hidrolisis enzimatis rapeseed meal dengan pretreatmen microwave menghasilkan derajat hidrolisa sebesar 12,57% pada kondisi optimum. Waktu optimum yang diperoleh pada perlakuan ini adalah 7 menit, sedangkan jika tidak dibantu dengan microwave membutuhkan waktu 4 jam. Kondisi optimum hidrolisis rapeseed meal dengan pretreatmen microwave dapat dilihat pada gambar 2 (Li, dkk., 2010).
Radiasi gelombang mikro dapat menaikan kecepatan reaksi enzimatis lipase menjadi 1,6 kali, serta menjadi 5,4 kali jika disertai dengan pH tuning dan TPP (three phase partitioning) (saifuddin dan raziah, 2008). Hal ini dapat dilihat pada gambar 3.
Enzim lipase merupakan enzim yang bekerja pada substrat lemak dan minyak, menghidrolisanya menjadi gliserol dan asam lemak. Percobaan yang dilakukan dengan triolin menunjukan bahwa waktu yang dibutuhkan oleh enzimlipase dari Aspergillus carneus untuk menghidrolisa menjadi asam lemak adalah 24 jam. Hidrolisa enzim lipase aktivasi microwave pada kondisi rendah 10 (175 W, 38-40 0 C) serta kondisi tinggi 100 (800 W, 90 0C) waktu yang dibutuhkan untuk hidrolisa masing-masing 160 detik dan 75 detik. Sintesa bioester, biosurfaktan dan gliserida dapat dilakukan dengan cepat dalam waktu 30 detik dengan atau tanpa solven pada kondisi radiasi microwave yang tinggi (800 W, 90 0C) (Saxena, dkk., 2005).
Gambar 2. Optimasi kondisi pretreatmen hidrolisa rapeseed meal dengan variasi suhu (A), tingkat power
microwave (B) dan waktu pretreatmen (C)
Gambar 3. Initial rate enzim lipase candida rugosa, tanpa perlakuan, dengan perlakuan pH tuning dan TPP,
dengan perlakuan pH tuning, TPP serta radiasi microwave pada berbagai aktivitas air (aw)
49 Kesimpulan
Uraian diatas memberikan alternatif peluang untuk memanfaatkan limbah minyak bekas yang apabila tidak dikelola dengan baik dapat menimbulkan masalah lingkungan karena
pencemaran. Disamping itu juga untuk
mengefisienkan hidrolisa dengan mempercepat reaksinya dengan bantuan gelombang mikro memberikan proses yang lebih cepat, bersih dan ramah lingkungan.
Daftar Pustaka
Chaturvedi, M., Singh., M., Chugh, M., Rishi, R., and Kumar., R., 2010, Isolation of Lipase Producing Bacteria from Oil Contaminated Soil for the Production of Lipase by Solid State
Fermentation using Coconut Oil Cake,
International Journal of Biotechnology and Biochemistry, ISSN 0973-2691 Volume 6 No. 4, pp. 585-594.
Chhetri, A., B., Watts, K., C., and Islam, M., R., 2008, Waste Cooking Oil as an Alternate Feedstock for Biodiesel Production, Energies, ISSN 1996-1073.
Gerjavio, G., C., 2005, Baley’s Industrial Oil and fat Product, Sixth Edition, John Wiley and sons Inc.
Ghosh, P. K., Saxena, R., K., Gupta, R., Yadav, R. P.m and Davidson, S., 1996, Microbial lipases: production and applications, Science Progress, 79 (2), pp. 119-157.
Hasibuan, S., Ma’ruf A., and Sahirman, 2009, Biodiesel from Low Grade Used frying Oil Using Esterification Transesterification Process, Makara, Sains, Vol. 13, No. 2, pp. 105-110.
Hermansyah, H., Wijanarko, A., Dianursanti, Gozan, M., Wulan, P., P., D., K., Arbianti, R., Soemantojo, R., W., Utami, T., S., Yuliusman, Kubo, M., Shibasaki-Kitakawa, N. And Yonemoto, T., 2007, Kinetic Model for Triglyceride Hydrolisis Using Lipase: Review, makara teknologi, Vol. 11 No. 1, pp. 30-35. Ketaren S., 1986, Pengantar Teknologi Minyak
dan lemak Pangan, Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta.
Khairat dan Herman, S., 2004, Kinetika Reaksi Hidrolisis Minyak Sawit dengan Katalisator Asam Klorida, Jurnal Natur Indonesia, ISSN 1410-9379, Vol. 6(2), pp. 118-121.
Kheang, L., S., May, C., Y., Foon, C., S., Ngan, M., A., 2006, Recovery and Conversion of
Palm Olein-Derived Used Frying Oil to methyl esters for Biodiesel, Journal of Oil Palm Research, Vol. 18, pp. 247-252.
Li, J., F., Wei, F., Dong, X., Y., Guo, L., L., Yuan, G., Y., Huang, F., H., Jiang, M., L., Zhao, Y., D., Ming, G. And Chen, H., 2010, Microwave-assisted Approach for the Rapid Enzymatic Digestion of Rapeseed Meal, Food Sci. Biotechnology, 19(2), pp. 463-469.
Lima, V., M., G., Krieger, N., Inez, M., Mitchell, D., A., Ramos, L., P. And Fontana, J., D., 2003, Effect of Nitrogen and Carbon Sources on
Lipase Production by Penicillium
aurantiogriseum, Food Technology and
Biotechnology, 41 (2), pp. 105-110.
Maryanty, Y., Pristianti, H., dan Ruliawati, P., 2010, Produksi Crude Lipase dari Aspergillus niger pada Substrat Onggok Menggunakan Metode Fermentasi Fasa Padat, Prosiding Seminar Rekayasa Kimia dan proses, ISSN 1411-4216, B-12-1.
Rajesh, E., M., Arthe, R., Rajendran, R., Balakumar, C., Pradeepa, N. And Anita, S., 2010, Investigation of Lipase Production by Trichoderma reseei and Optimization of Production Parameters, Electronic Journal of
Environmental, Agriculture and Food
Chemistry, ISSN 1579-4377, pp. 1177-1189. Rosita, A., F. Dan Widasari W., A., 2009,
Peningkatan Kualitas Minyak Goreng Bekas dari KFC dengan Menggunakan Adsorben Karbon Aktif, Seminar Tugas akhir S1 Undip. Rukmini, A., 2007, Regenerasi Minyak Goreng
Bekas dengan arang Sekam Menekan
Kerusakan Organ Tubuh, Seminar Nasional Teknologi 2007, ISSN 1978-9777.
Saifuddin, N. And Raziah, A., Z., 2008, Enhancement of Lipase Enzym Activity in Non-Aqueous Media through a Rapid Three Phase Partitioning and Microwave Irradiation, E-Journal of Chemistry, ISSN 0973-4945, Vol. 5 No. 4, pp. 864-871.
Saifuddin, N., Zhan, L., W. And Ning, K., X., 2011, Heat-Modeling of Microwave Assisted Epoxidation of Palm Acid Oil, American zJournal of Applied Sciences, ISSN 1546-9239, Vol. 8(2), pp. 217-229.
Saxena, R., K., Isar, J., Saran, S., Kaushik, R. And Davidson, W., S., 2005, Efficient microwave-assisted hydrolysis of triolein and synthesis of bioester, biosurfactant and glycerides using Aspergillus carneus lipase, Current Science, Vol. 89 No. 6.
50
Serri, N., A., Kamarudin, A., H., and Rahaman, S., N., A., 2008, Preliminary Studies for Production of Fatty Acids from Hydrolysis of Cooking Palm Oil Using C. rugosa Lipase, Journal of Physical science, Vol. 19(1), pp. 79-88.
Singh, M., Saurav, K., Srivastava, N. And Kannabiran, K., 2010, Lipase Production by Bacillus subtilis OCR-4 in Solid State Fermentation Using Ground Nut Oil Cakes as Substrate, Current Research Journal of Biological Science, ISSN 2041-0778, pp. 241-245.
Zhang, Y., Dube, M., A., MacLean D., D., Kates, M., 2003, Biodiesel production from Waste Cooking Oil: Process design and technological asessment, Bioresource Technology 89, pp. 1-16.
