TINJAUAN PUSTAKA
Minyak dan Lemak
Minyak dan lemak dari sumber tertentu mempunyai ciri khas berbeda dari sumber lainnya yang tergantung pada komposisi dan distribusi asam lemak pada molekul trigliseridanya. Titik leleh lemak atau minyak dipengaruhi oleh sifat
asam lemaknya, yaitu daya tarik antar asam lemak yang berdekatan dalam kristal. Gaya ini ditentukan oleh panjang rantai C, jumlah ikatan rangkap dan bentuk cis
atau trans pada asam lemak tidak jenuh. Semakin panjang rantai C maka titik lelehnya akan semakin tinggi, misalnya asam butirat (C4) memiliki titik leleh
-7,9oC sedangkan asam stearat (C
18) memiliki titik leleh 64,6oC. Titik leleh menurun dengan bertambahnya jumlah ikatan rangkap sebab ikatan antar molekul asam lemak tidak jenuh kurang kuat. Bentuk trans pada asam lemak
akan menyebabkan lemak mempunyai titik leleh yang lebih tinggi dibandingkan bentuk cis (Winarno 2002).
Lemak dibentuk oleh unit struktural dengan adanya hidrofobisitas.
Lemak larut dalam pelarut organik tapi tidak dalam air. Beberapa lemak memiliki permukaan aktif ketika berada dalam bentuk molekul ampifilik.
Kebanyakan lemak merupakan turunan dari asam lemak, yang disebut asam lemak acyl sebagai ester dan beberapa sebagai gugus amida. Triacylglycerol (biasa juga disebut trigliserida) terdapat dalam jaringan hewan dan tumbuhan
dengan kadar 15 – 20% bahkan lebih tinggi, yang secara komersial merupakan sumber untuk isolasi triacylglycerol. Ketika lemak tersebut sudah difraksinasi
Minyak Sawit
Kelapa sawit memiliki nama genus Elaeis guineesis yang diberikan oleh Jacqueis pada tahun 1763 berdasarkan pengamatannya pada pohon-pohon kelapa
sawit yang tumbuh di Martinique kawasan Hindia Barat. Kata Elaeis (Yunani) berarti minyak sedangkan kata guineensis diberikan berdasarkan keyakinan Jacqueis bahwa kelapa sawit berasal dari Guinea (Afrika). Ada tiga jenis varietas
tanaman kelapa sawit yaitu Nigrescens, Virecens, dan Albescens. Jenis yang umum dipakai untuk penanaman komersial adalah varietas Nigrescens,
sedangkan jenis lain hanya dipakai untuk penelitian (Mangoensoekarjo 2003). Kelapa sawit diperkenalkan pertama kali pada tahun 1848 dan ditanam di kebun raya Bogor kemudian dilakukan berbagai pengamatan dan penelitian.
Hasil pengembangan kelapa sawit baru diperoleh kira-kira 70-80 tahun setelah tahap pengenalan. Kelapa sawit mulai dikembangkan secara besar-besaran pada
tahun 1970-an. Pengembangan ini di dorong oleh pemikiran bahwa kelapa sawit merupakan sumber yang potensial bagi peningkatan devisa. Selain itu juga perlu adanya usaha untuk mengurangi ketergantungan pada ekspor minyak dan gas
bumi sebagai sumber dana pembangunan (Mangoensoekarjo, 2003).
Indonesia merupakan salah satu negara penghasil minyak sawit terbesar di
dunia. Produksi minyak sawit mentah (CPO) Indonesia menunjukkan kenaikan yang sangat signifikan selama 5 tahun terakhir. Produksi minyak sawit mentah (CPO) nasional pada tahun 2012 mencapai 23 juta ton (Rosarians, 2013).
Minyak sawit diperoleh dari daging buah kelapa sawit (Elaeis guineensis Jacq.) dan tersedia dalam beberapa bentuk produk minyak diantaranya crude palm
mid-fraction. Teknologi pengolahan minyak kelapa sawit meliputi proses ekstraksi, proses
pemurnian, pembuatan produk olahan, serta penggunaan minyak kelapa sawit pada produk pangan dan non pangan. Ekstraksi minyak kelapa sawit secara komersial
dilakukan dengan menggunakan pengepres berulir. Sebelum dipress, dilakukan pemisahan mesokarp dan inti sawit, bagian mesokarp (daging buah) akan menghasilkan CPO sedangkan bagian inti (biji buah) akan menghasilkan PKO (Palm
Kernel Oil) (Budijanto et al. 2001).
Gambar 1. Buah Kelapa Sawit (Pahan, 2008).
Gambar 1 memperlihatkan gambar buah kelapa sawit yang terdiri dari dua
bagian utama yaitu mesokarp yang merupakan daging buah dan endokarp atau biji buah kelapa sawit. Saat ini produk utama dari kelapa sawit yang banyak di
manfaatkan adalah minyaknya.. CPO merupakan minyak yang didapatkan dari hasil ekstraksi bagian daging buah kelapa sawit (mesokarp), sedangkan PKO didapatkan dari hasil ekstraksi inti buah kelapa sawit (endokarp). Oleh karena berasal dari
sumber yang berbeda maka komposisi asam lemak penyusunnya pun berbeda. CPO umumnya banyak mengandung asam palmitat dan asam oleat sedangkan PKO
Inti Sawit (Kernel)
banyak sekali mengandung asam laurat, asam miristat dan asam oleat. Secara rinci
komposisi asam lemak penyusun CPO dan PKO di lihat pada Tabel 1. Tabel 1. Komposisi Asam Lemak Penyusun Minyak Sawit (CPO) dan
Minyak Inti Sawit (PKO)
Asam Lemak Minyak Kelapa Sawit (CPO) (%) Sumber : Eckey (1995)
Refined Bleached Deodorized Palm Oil (RBDPO)
Minyak sawit yang diperoleh dari hasil ekstraksi daging buah kelapa sawit merupakan minyak sawit kasar (Crude Palm Oil). Untuk memperoleh minyak
goreng (minyak makan) maka perlu dilakukan proses lebih lanjut yaitu netralisasi (pemisahan gum), dekolorisasi (pemucatan), dan deodorisasi (penghilangan bau) sehingga diperoleh minyak RBDPO yang selanjutnya dilakukan fraksinasi
Gambar 2. Proses Pemurnian Minyak Sawit (Ketaren, 2005)
Proses degumming (pemisahan gum) biasanya diawali dengan pengendapan terlebih dahulu. Degumming dilakukan dengan menggunakan pemanasan uap beserta absorben atau terkadang menggunakan sentrifuse. Proses degumming ini
biasanya juga dilakukan dengan menambahkan asam fosfat. Hal ini bertujuan agar gum menggumpal dan pecah kemudian disaring (Winarno 2002).
Setelah dilakukan tahap degumming minyak kemudian dinetralisasi. Proses netralisasi bertujuan untuk memisahkan minyak dari senyawa terlarut seperti pospatida, asam lemak bebas dan hidrokarbon. Lemak dengan kandungan asam
lemak bebas tinggi dipisahkan dengan menggunakan uap panas dalam keadaan vakum lalu ditambah alkali. Jika kandungan asam lemak bebasnya rendah maka
cukup dilakukan penambahan natrium karbonat (NaCO3) (Winarno 2002).
Proses pemucatan (bleaching) bertujuan menghilangkan sebagian zat-zat warna dalam minyak. Hal ini dilakukan dengan menambahkan adsorbing agent
seperti arang aktif, tanah liat atau dengan perlakuan reaksi-reaksi kimia. Setelah zat warna terserap kemudian minyak disaring.
CPO
Degumming
Netralisasi
Bleaching
Deodorisasi
Proses akhir yang dilakukan adalah deodorizing (penghilangan bau). Proses ini
bertujuan menghilangkan bau dalam minyak yang akan mempengaruhi penerimaan minyak oleh calon konsumen. Proses ini meliputi penghilangan
terhadap senyawa-senyawa aldehid dan keton. Minyak hasil dari serangkaian proses diatas disebut RBDPO (Anggirasti, 2008).
Setelah minyak RBDPO didapatkan, proses selanjutnya adalah tahap
fraksinasi. Tahap fraksinasi merupakan tahap pemisahan fraksi yang terdapat dalam minyak RBDPO. Terdapat 2 jenis fraksi dalam minyak RBDPO yaitu
fraksi olein dan fraksi stearin. Fraksi olein akan diolah lebih lanjut menjadi minyak goreng (minyak makan) dan fraksi stearin akan digunakan sebagai bahan baku pembuatan margarin (Anggirasti, 2008).
Gunstone dan Padley (1997) menyatakan bahwa fraksinasi merupakan proses pemisahan bahan dasar secara termomekanik. Proses fraskinasi terdiri dari 2
tahap yaitu proses kristalisasi dan tahap pemisahan fraksi. Tahap kristalisasi dilakukan dengan cara mengatur kondisi suhu (biasanya pada suhu rendah) dan tahap pemisahan fraksi dilakukan dengan cara penyaringan. Pada dasarnya,
fraksinasi merupakan suatu teknik pemisahan minyak berdasarkan titik leleh minyak dimana setiap jenis minyak memiliki karakteristik titik leleh yang
berbeda-beda. Proses fraksinasi dilakukan untuk beberapa alasan seperti penghilangan komponen minor yang dapat merusak produk, dan pemisahan menjadi beberapa fraksi yang memiliki nilai lebih pada suatu minyak (fraksi
olein dan stearin). Fraksinasi yang dilakukan secara berulang (double
fractionation) akan menghasilkan fraksi minyak yang lebih beragam untuk
Gliserol
Gliserol merupakan senyawa yang memiliki 3 gugus hidroksil (-OH) yang masing-masing berikatan pada 3 atom karbon (C) sehingga gliserol juga disebut
dengan gula alkohol. Nama dagang gliserol adalah gliserin. Adanya gugus hidroksil menyebabkan gliserol larut air atau hidrofilik. Rumus kimia dari gliserol yaitu C3H8O3 dengan nama kimia propane-1,2,3-triol dengan berat molekul 92,10
dan massa jenis 1,261 g/cm3. Titik didih gliserol yaitu 290 oC dan viskositas sebesar 1,5 Pas. Gliserol bersifat mudah larut dalam air, tidak berwarna dan tidak
berbau serta memiliki kekentalan tertentu sehingga jika digunakan bersama bahan pangan dapat meningkatkan viskositas bahan pangan tersebut (Linsay, 1985).
Gliserol sudah banyak digunakan di berbagai industri baik pangan maupun
non-pangan. Gliserol pada umumnya digunakan sebagai pelarut, sabun cair, bahan pemanis, bahkan digunakan dalam industri bahan peledak. Gliserol juga
digunakan sebagai cryoprotectan (komponen anti beku) dan merupakan sumber nutrisi pada fermentasi untuk produksi mikroba (Anggirasti, 2008).
Produk MG, DG dan TG terstruktur dihasilkan melalui proses
interesterifikasi atau esterifikasi minyak dengan menggunakan gliserol sebagai bahan bakunya. Jika dalam suatu interesterifikasi TG direaksikan dengan gliserol,
baik secara kimiawi maupun enzimatis, maka asam-asam lemak pada trigliserida akan terlepas dari struktur gliserolnya dan akan tersambung pada struktur gliserol yang lain sehingga terbentuk molekul MG dan DG. Proses ini juga terjadi pada
Penggunaan gliserol berlebih bertujuan agar reaksi terus berjalan ke arah
kanan sehingga komposisi MG yang terbentuk lebih banyak. Sebelum dimasukkan dalam erlenmeyer gliserol terlebih dahulu dicampur dengan silika gel
sampai homogen dengan perbandingan 1:1(w/w) (Rendon et al. 2001). Pencampuran gliserol dengan silika gel bertujuan untuk mencegah kontak langsung antara gliserol dengan permukaan enzim lipase yang akan dipergunakan.
Enzim yang dipergunakan adalah enzim lipase Lipozyme TLIM yang merupakan lipase imobil yang diikat dalam fraksi silika, hal ini menyebabkan enzim bersifat
hidrofilik. Jika tidak dicampur silika gel, gliserol bebas yang juga bersifat hidrofilik akan langsung menutupi seluruh permukaan enzim sehingga molekul minyak sulit untuk masuk dan bereaksi dengan enzim, akibatnya reaksi
gliserolisis akan terhambat. Silika gel dapat menyerap air yang ada dalam substrat sehingga reaksi dapat terus berjalan sampai waktu reaksi berakhir.
Pencampuran gliserol dengan silika gel menyebabkan campuran ini menjadi padat dan pada saat direaksikan dengan RBDPO larutan memiliki viskositas yang tinggi. Kondisi ini menyebabkan enzim yang diaplikasikan tidak
bisa menyebar secara merata ke seluruh bagian substrat. Untuk mengatasi hal ini maka dilakuan penambahan pelarut alkohol untuk menurunkan viskositas
campuran substrat dan mempermudah transfer massa sehingga partikel enzim dapat menyebar lebih merata ke seluruh sistem.
Alkohol dipilih sebagai pelarut karena dengan penambahan alkohol dapat
karena dapat menghasilkan kadar MG yang tinggi (Damstrup et al., 2005).
Asam Lemak
Minyak sawit sebagaimana minyak pada umumnya merupakan komponen yang tersusun atas 3 buah molekul asam lemak yang berikatan dengan 1 buah
molekul gliserol. Asam lemak utama yang terdapat dalam CPO adalah asam palmitat dan asam oleat, sedangkan asam lemak yang jumlahnya paling sedikit yaitu asam palmitoleat dan asam linoleat. Komponen minor yang terdapat dalam
minyak sawit terdiri dari karotenoid (pigmen yang membentuk warna oranye), tokoferol dan tokotrienol (sebagai antioksidan), sterol, triterpenic dan alifatik
alkohol (Chin, 1979). Keberadaan karotenoid, tokoferol dan tokoterienol menyebabkan tingginya stabilitas oksidasi dan nilai gizi minyak sawit dibandingkan minyak nabati lainnya (Hui, 1996).
Asam lemak diperoleh dari esterifikasi minyak/lemak dengan gliserol. Pengolahan lemak/minyak secara industri untuk produk makanan dan oleokimia
didasarkan pada modifikasi kimia dari gugus karboksil dan gugus tidak jenuh dari asam lemak. Asam lemak secara umum dalam bentuk asam rantai alifatik lurus karboksil. Asam lemak alami terdiri dari C4 sampai C22 dan kebanyakan C18.
Lebih dari 1000 jenis asam lemak diketahui, namun secara komersial hanya kurang dari 20 jenis asam lemak saja yang digunakan dalam jumlah signifikan
Emulsifier Mono-Digliserida (MDG)
Penggunaan produk pangan hasil industri pengolahan pangan telah mengalami peningkatan di dalam masyarakat modern saat ini. Banyak variasi
produk telah diproduksi oleh industri pangan. Produk campuran minyak-air atau sering disebut dengan produk emulsi seperti es krim, santan, margarin,
mayonnaise, dan lain sebagainya memerlukan bahan tambahan tertentu untuk
menjaga kestabilan emulsi dalam produk. Suatu produk dengan tingkat kestabilan emulsi yang tinggi akan memiliki penampakan yang baik dan bertahan dalam
waktu yang cukup lama. Hal ini menjadi salah satu faktor penting yang harus di perhatikan dalam membuat suatu produk emulsi (Anggirasti, 2008).
Aplikasi bahan tambahan pangan yang sesuai dengan karakteristik
produk pangan merupakan suatu cara untuk menciptakan produk yang berkualitas tinggi. Bahan tambahan pangan yang sering digunakan oleh industri
pangan adalah emulsifier dan surfaktan yang merupakan produk turunan dari olahan lemak dan minyak atau asam lemak yang bersifat lebih alami. Kedua bahan tersebut memiliki peranan yang sangat penting dalam proses pembuatan
suatu produk pangan terutama proses pengolahan pangan yang berhubungan dengan emulsi. Selain mendukung kestabilan emulsi, emulsifier juga dapat
berperan sebagai agen pelengkap pada produk pangan yang mengandung pati atau untuk memodifikasi kristal pada lemak (Anggirasti, 2008).
Emulsifier didefinisikan sebagai senyawa yang mempunyai aktivitas
permukaan menjadi hal menarik karena emulsifier memiliki struktur kimia yang
mampu menyatukan dua senyawa yang berbeda polaritasnya. Produk emulsifier ini dapat berfungsi untuk (1) meningkatkan stabilitas emulsi, (2) memodifikasi
tekstur, umur simpan dan sifat reologi dengan membentuk kompleks antara protein dan lemak, (3) memperbaiki tekstur makanan yang berbasis lemak dengan pengontrolan polimorfisme lemak. Emulsifier yang digunakan oleh industri
pangan dapat terbuat secara alami, hasil sintesis, atau modifikasi secara kimia atau biologi (Krog 1990).
Emulsifier dapat digolongkan dengan beberapa cara antara lain
berdasarkan muatan, nilai HLB (hidrofilik-lipofilik balance), kelarutan dan gugus
fungsionalnya. Berdasarkan muatannya, emulsifier diklasifikasikan sebagai
emulsifier ionik, non ionik, dan amfoterik. Emulsifier kationik adalah emulsifier
yang memiliki muatan positif pada sisi aktif molekulnya seperti asam phospatida
pada lesitin, sedangkan emulsifier aninonik memiliki muatan negatif pada sisi aktif molekulnya. Emulsifier amfoterik memiliki gugus anion maupun kation sehingga sifat surface activenya tergantung pada pH misalnya lesitin dan
elmusifaier non ionik merupakan emulsifier yang tidak memiliki muatan ion serta tidak larut dalam air karena ikatan kovalennya (Anggirasti, 2008).
Emulsifier memiliki hubungan erat dengan produk yang digunakan.
Dalam memilih elmusifier untuk diaplikasikan pada suatu produk harus mempertimbangkan berbagai faktor seperti muatan emulsifier, nilai pH, nilai
hidrofilik-lipofilik balance (HLB), titik leleh, sinergisme dan kompetisi elmusifier, jenis sistem emulsi oil in water (o/w) atau water in oil (w/o) .
dalam produk pangan. Pada mulanya emulsifier ini digunakan pada pembuatan
margarin dan shortening untuk produk pastry. Setelah mulai diperkenalkan pada tahun 1933, MDG mulai ditambahkan pada cake shortening dan
menyebabkan peningkatan aerasi dan karakteristik kriming pada cake sehingga
cake yang dihasilkan memiliki tekstur yang lebih empuk. Selanjutnya, MDG
mulai diperkenalkan untuk diaplikasikan pada pembuatan produk roti. Hak
paten untuk produk MDG diberikan oleh pemerintah Amerika pertama kali pada tahun 1938 yang mengilustrasikan bahwa penggunaan emulsifier sangat penting
terutama untuk emulsifikasi dalam pembuatan margarin (Anggirasti, 2008). MDG pada masa sekarang ini tetap saja merupakan emulsifier yang paling banyak digunakan di industri pangan dimana penggunaannya meliputi
70% dari seluruh penggunaan emulsifier. Bahan tambahan makanan ini dibutuhkan oleh hampir semua jenis pengolahan produk pangan. Penggunaan
paling besar adalah untuk produk bakeri, campuran bahan, margarin, dan makanan beku. Karakter lipofilik dari produk ini menyebabkan MDG merupakan
emulsifier yang sangat tepat untuk digunakan pada pembuatan margarin. MDG
diproduksi pada tiga macam tingkat konsentrasi MG yaitu 40-46% α
-monogliserida; 52% α-monogliserida dan monogliserida destilasi atau yang mengandung 90%
monogliserida. Kualitas MDG akan semakin baik jika kadar monogliserida semakin tinggi (O' Brien 1998). Menurut Kamel (1991) dan Zielinski (1997),
MDG merupakan emulsifier yang paling banyak digunakan dengan status GRAS (Generally Recognized As Safe) atau aman untuk dikonsumsi.
dengan menggunakan metode interesterifikasi minyak dengan gliserol
(gliserolisis) yang merupakan hasil samping dari pembuatan metil ester. Reaksi gliserolisis ini dilakukan pada suhu 180-230˚C dengan penambahan katalis alkali.
Modifikasi lemak dan minyak juga dapat dilakukan dengan menggunakan enzim lipase. Suhu yang digunakan lebih rendah dibandingkan dengan cara gliseriolisis (Gunstone et al. 1994). Bentuk struktur kimia MG dan DG dapat
dilihat pada Gambar 3.
O O
║ ║
H2C – O – C – R1 H2C – O – C – R1
│ │
H C – OH H C – OH O
│ │ ║
H2C – OH H2C – O – C – R2
Monogliserida (MG) Digliserida (DG)
Keterangan :
R1 dan R2 = Rantai asam lemak
Gambar 3. Struktur kimia MG dan DG (Hui, 1996)
MG merupakan komponen yang tersusun oleh satu rantai asam lemak yang diesterifikasikan ke rantai gliserol, sehingga MG memiliki bagian gugus
hidroksil bebas, yang merupakan gugus hidrofilik dan gugus ester asam lemak yang merupakan gugus lipofilik. Karena sifat afinitas gandanya atau sering disebut amphifilik tersebut, MG dapat digunakan sebagai emulsifier. MG dengan
satu gugus asam lemak dan dua gugus hidroksil bebas pada gliserol membuatnya bersifat seperti lemak dan air. MG sendiri merupakan emulsifier yang bersifat
emulsifier adalah dengan menurunkan tegangan permukaan antara dua fase
kemudian menstabilkan produk (Hui, 1996).
MG mengandung dua gugus yang bersifat polar dan satu gugus yang
bersifat non polar atau mengandung gugus hidrofilik dan hidrofobik. Adanya kedua gugus tersebut menyebabkan MG berfungsi sebagai pengemulsi dan digolongkan sebagai bahan aditif pangan. Gugus hidrofobik MG dalam
campuran yang tidak saling melarut berorientasi pada fase organik (fase non polar), sedangkan gugus hidrofilik berorientasi pada fase air atau fase polar.
Orientasi kedua gugus tersebut menyebabkan campuran yang tidak saling melarut nampak terpisah satu terhadap yang lain (membentuk emulsi) (Mappiratu 1999).
MG dalam industri pangan digunakan sebagai pengemulsi pada
pengolahan margarin, mentega kacang (peanut butter), whitener, puding, roti, biskuit dan kue-kue kering berlemak lainnya (Igoe, 1996). MG memperbaiki
reologi adonan dan memperpanjang masa simpan tekstur (textural shelf life) tortila jagung. MG dalam adonan bereaksi dengan amilopektin membentuk senyawa kompleks yang berfungsi memperbaiki adonan, volume dan tekstur roti
serta memperpanjang masa simpan produk roti (Mappiratu, 1999). Menurut Sanches (1995), lemak rendah kalori dapat mensubtitusi 35% lemak dalam adonan
dengan adanya pengemulsi mono dan digliserida pada tingkat kepekatan 0,5%. Rahman (1997) menemukan tepung singkong dapat mensubtitusi tepung terigu sampai 40% pada penambahan 1% gliseril monostearat.
Digliserida (DG) sudah terdapat secara alami di dalam berbagai macam minyak dan lemak edible sebagai komponen minor. DG dikenal sebagai blooming
Beberapa studi pada sifat nutrisi dan efek konsumsi DG menyebutkan bahwa
DG memiliki sifat yang berlawanan dengan trigliserida (TG), dimana memiliki kemampuan untuk menurunkan konsentrasi serum TG dalam darah sehingga
dapat menurunkan berat badan dan mereduksi lemak (Watanabe, 2003).
Proses pengolahan minyak (TG) menjadi MG dan DG akan mengubah beberapa sifat atau karakteristik dari minyak seperti jumlah ikatan rangkap,
komposisi asam lemak, kemampuan emulsifikasi dan lain sebagainya. Pada dasarnya, perubahaan karakteristik minyak tersebut dilakukan dengan tujuan
untuk menghasilkan produk turunan yang dapat digunakan pada berbagai macam pengolahan pangan maupun non-pangan (Anggirasti, 2008).
Salah satu faktor yang mempengaruhi terjadinya perubahan karakteristik
produk turunan minyak sawit adalah komposisi asam lemak yang terkandung di dalamnya. Karakteristik antara suatu asam lemak dengan asam lemak lain cukup
beragam. Minyak dan lemak dari sumber tertentu mempunyai ciri khas yang berbeda dengan minyak dan lemak dari sumber lainnya. Perbedaan ini tergantung pada komposisi dan distribusi asam lemak pada molekul TG.
Komposisi termasuk pada bentuk rantai, kejenuhan dan tidak jenuhan serta distribusi asam lemak pada molekul gliserol akan sangat mempengaruhi sifat-sifat
lemak dan minyak baik fisik maupun kimia. Titik leleh suatu lemak atau minyak dipengaruhi oleh sifat asam lemaknya, yaitu daya tarik antar asam lemak yang berdekatan dalam kristal. Gaya ini ditentukan oleh panjang rantai C, jumlah ikatan
rangkap, dan bentuk cis atau trans pada asam lemak tidak jenuh. Semakin panjang rantai C, titik lelehnya akan semakin tinggi, misalnya asam butirat (C4 ) memiliki
leleh menurun dengan bertambahnya jumlah ikatan rangkap dikarenakan ikatan
antarmolekul asam lemak tidak jenuh kurang kuat. Bentuk trans pada asam lemak akan menyebabkan lemak mempunyai titik leleh yang lebih tinggi dibandingkan
bentuk cis (Winarno 2002).
Perbedaan komposisi gliserida serta nilai rendemen dari produk MDG hasil reaksi gliserolisis tergantung pada beberapa faktor seperti rasio minyak
dengan gliserol, suhu dan waktu reaksi, serta tekanan yang digunakan (Gunstone
et al. 1994). Pada umumnya, tujuan yang ingin dicapai adalah memproduksi MG
dalam jumlah yang maksimal dan meminimalisasi kadar TG yang terkandung di dalamnya.
Emulsifier MDG dapat berupa ester yang padat dan mempunyai titik leleh
tinggi, ester yang berbentuk cair pada suhu ruang, maupun ester berbentuk plastis yang bersifat antara bentuk padat dan cair (O'Brien 1998). Ketiga jenis emulsifier
tersebut sangat dipengaruhi oleh jenis asam lemak penyusunnya. Semakin banyak asam lemak yang yang mengandung ikatan rangkap dan semakin tidak jenuhnya asam lemak penyususnnya, maka bentuk emulsifier akan semakin lunak.
Emulsifier dapat diklasifikasikan berdasarkan nilai HLB (Hydrophilic-
Lipophilic Balance). Nilai tersebut menunjukan ukuran keseimbangan dan
regangan gugus hidrofilik (menyukai air atau polar) dan gugus lipofilik (menyukai minyak atau non-polar) dari dua fase yang di emulsikan. Emulsifier yang mempunyai nilai HLB rendah biasanya diaplikasikan ke dalam produk emulsi
water in oil (w/o), sedangkan emulsifier dengan nilai HLB tinggi sering
digunakan dalam produk emulsi oil in water (o/w) (O'Brien 1998). Klasifikasi
Tabel 2. Nilai HLB dan Aplikasinya
Nilai HLB Aplikasi
3-6 7-9 8-18 13-15 15-18
Emulsifier air dalam minyak (w/o)
Wetting agent
Emulsifier minyak dalam air (o/w)
Detergen Stabilizer Sumber : Becker (1983)
Menurut Stauffer (1996), emulsifier dengan nilai HLB 2,0 sampai 6,5
cocok untuk emulsi w/o, sedangkan nilai HLB 8,5 sampai 16,5 cocok digunakan pada sistem emulsi o/w. Lebih jauh, Kamel (1991) menyatakan bahwa emulsifier
yang baik digunakan untuk stabilitas emulsi adalah yang mempunyai nilai HLB 3,5 sampai 12,0 karena diluar kisaran tersebut, laju koalesen akan meningkat pesat. Nilai HLB yang terlalu ekstrim menyebabkan emulsifier hanya akan larut
dalam fase kontinyu (Hassenhuettl 1997). MAG diklasifikasikan sebagai
emulsifier lipofiflik, dan memiliki kisaran nilai HLB antara 3,7 sampai 9,2.
Variasi ini disebabkan oleh grup substitusi yang teresterifikasi (Dziezak, 1988). Menurut Kamel (1991) terdapat korelasi antara nilai HLB dengan kelarutan emulsifier dalam aquades seperti terlihat pada Tabel 3, yang
memperlihatkan bahwa apabila emulsifier semakin tidak larut dalam air, nilai HLB tersebut semakin rendah dan semakin bersifat lipofilik.
Tabel 3. Korelasi Nilai HLB dengan Kelarutan Emulsifier
Kelarutan emulsifier dalam air Nilai HLB Tidak larut dalam air
Terdispersi sangat sedikit (poor dispersion) Dispersi keruh setelah didispersi dengan cepat Dispersi keruh stabil
Gliserolisis
Gliserolisis merupakan salah jenis reaksi interesterifikasi yang sudah cukup lama dikenal. Reaksi interesterifikasi sudah dikenal sejak tahun 1800-an.
Pada tahun 1852 Duffy berhasil melakukan reaksi alkoholisis antara tristearin dan etanol. Penggunaan reaksi ini pertama sekali dilakukan oleh Norman pada tahun 1920 yaitu untuk jenis minyak/lemak yang dapat dimakan (edible lipids),
selanjutnya reaksi ini mulai diaplikasikan pada industri pangan pada tahun 1940 (Rousseau dan Marangoni, 2002).
Reaksi interesterifikasi adalah suatu reaksi dimana terjadi perpindahan gugus ester (asam lemak) dari suatu lemak ke lemak yang lain atau dalam satu lemak tetapi hanya berpindah posisi junction atau lepas sama sekali. Pada reaksi
ini akan dihasilkan lemak tertentu dengan kategori baru atau mungkin lebih baik, misalnya MG dan DG (Rendon et al. 2001).
Reaksi interesterifikasi terbagi atas empat kelas yaitu reaksi alkoholisis, gliserolisis, asidolisis dan transesterifikasi. Reaksi alkoholisis adalah reaksi antara alkohol dengan lemak yang menghasilkan produk MG dan DG. Reaksi gliserolisis
pada prinsipnya sama dengan alkoholisis tapi alkohol diganti dengan gliserol yang sama-sama memiliki gugus hidroksil. Pada reaksi asidolisis terjadi reaksi antara
lemak dengan asam lemak dengan produk berupa lemak dengan karakteristik asam lemak yang baru. Reaksi transesterifikasi merupakan reaksi antara lemak yang berbeda komposisi asam lemaknya dengan penambahan katalis. Produk yang
MDG biasanya diproses dengan reaksi gliserolisis, yaitu lemak
direaksikan dengan gliserol. MDG dapat disintesis dengan tiga cara yaitu pertama : esterifikasi sederhana dari asam lemak dan gliserol, kedua : hidrolisis dari
minyak dalam emulsi mikro dan ketiga : transesterifikasi, merupakan reaksi transfer asil antara ester asam lemak/minyak dengan alkohol seperti etanolisis atau gliserolisis. Semua proses ini dapat dilakukan menggunakan katalis anorganik
(bahan kimia) atau katalis organik (enzim lipase) (Rendon et al. 2001).
Reaksi gliserolisis merupakan transesterifikasi antara glliserol dengan
minyak atau lemak. Tahapan reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
Gambar 4. Reaksi Gliserolisis (Tarigan, 2002)
Reaksi interesterifikasi dapat terjadi secara acak maupun terarah. Biasanya reaksi interesterifikasi dapat terjadi secara batch, semi-continuously atau
continuously. Reaksi ini berlangsung dalam empat tahapan, yaitu : perlakuan awal
minyak, penambahan katalis, terjadi reaksi dan deaktivasi enzim. Reaksi berlangsung secara acak mengikuti hukum kemungkinan hingga komposisi yang
terbentuk seimbang. Reaksi ini dapat terjadi pada suhu tinggi maupun rendah. Secara komersil reaksi berlangsung pada suhu tinggi 249 oC tanpa katalis atau pada suhu lebih rendah dengan menggunakan katalis metal alkali. Reaksi
Pada reaksi interesterifikasi penggunaan katalis akan berpengaruh
terhadap peningkatan laju reaksi. Katalis yang digunakan dapat berupa katalis kimiawi atau katalis enzimatis, karena kedua jenis katalis ini masing-masing
memiliki kelebihan dan kekurangan. Katalis kimia memiliki kelebihan antara lain mudah penanganannya, harganya murah, mudah dipisahkan dan dapat digunakan dalam konsentrasi yang relatif rendah. Namun penggunaan katalis kimia memiliki
kekurangan antara lain variasi produk yang terbentuk beragam karena gugus asil terdistribusi secara acak, hasil sintesis memiliki rendemen yang rendah, warna
gelap dan flavor yang kurang baik (Borncsheuer, 1995).
Metode enzimatis saat ini mulai dikembangkan untuk memperbaiki kekurangan yang terjadi pada penggunaan katalis kimia. Katalis enzimatis
memiliki keunggulan antara lain produk yang dihasilkan tidak memiliki keragaman yang besar, karena enzim lipase yang digunakan memiliki
karakteristik tertentu misalnya enzim ini akan memotong ikatan antara gliserol dan asam lemak pada titik tertentu (Boyle, 1997). Kelemahan dari metode ini adalah harga enzim murni biasanya cukup mahal. Namun hal tersebut dapat
diatasi dengan dikembangkannya pembuatan enzim dengan harga yang tidak berbeda jauh dengan katalis kimia. Keuntungan lain penggunaan lipase sebagai
katalis adalah dalam hal selektifitas substrat, efisiensi katalitik dan kondisi proses yang mild (Zuyi dan Ward, 1993). Karakterisasi dan aplikasi produk MDG tersebut telah dilakukan oleh Christina (1999), sedangkan penelitian mengenai
pemurniannya telah dilakukan oleh Atmaja (2000).
bebas atau ester asam lemak, sehingga rendemen MG dapat dipengaruhi oleh
konsentrasi gliserol dalam reaksi. Faktor lain yang mempengaruhi rendemen MG dari produk biosintesis antara lain kadar air sistem reaksi, jenis pelarut organik
dan sifat kespesifikan enzim lipase serta faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim lipase seperti pH, suhu dan konsentrasi substrat.
Katalis lipase dalam proses gliserolisis dapat diperoleh dari berbagai
organisme antara lain tanaman, hewan, dan mikroorganisme. Lipase komersial yang tersedia saat ini terutama diperoleh dari mikroorganisme seperti kapang,
bakteri dan khamir disamping juga diperoleh dari pankreas hewan. Bakteri yang menghasilkan lipase diantarnya Pseudomonas fluoresens, Chromobacterium
viscosum, Staphylococcus sp., Bacillus dan Moraxella. Penghasil lipase dari
golongan kapang diantaranya Aspergillus niger, Geotrichum candidum, Humicola
(Thermomyces) lanuginosus, Rhizopus delemar. Lipase bisa juga bersumber dari
khamir antara lain Candida rugosa, Candida cylindracea, Candida curvata,
Saccharomyces carlbergiensis, dan jenis khamir lainnya (Listyorini 2003).
Enzim lipase merupakan suatu protein yang memiliki aktivitas katalisis
terhadap reaksi hidrolisis dan sintesis ikatan ester pada lemak dan turunannya. Menurut sistem International Union of Biochemistry (IUB), enzim lipase
diklasifikasikan sebagai enzim hidrolase dengan nama sistematiknya gliserol ester hidrolase (EC 3.1.1.3), yang menghidrolisis gliserida menjadi asam lemak bebas, gliserida parsial (MG atau DG), dan gliserol. Enzim lipase mempunyai
Berbagai cara telah digunakan untuk mempertinggi efisiensi katalis lipase
pada sistem dua fase. Dalam metode hidrolisis konvensional substrat lipofilik atau ester lipofilik terlarut dalam fase organik, sementara enzim terlarut pada fase
aquaeus. Reaksi tersebut berjalan lambat dan dipengaruhi oleh pH dan kecepatan agitasi. Lipase yang diselubungi dengan lipida dapat menjadi katalis hidrolitik dalam sistem dua fase aquaeus organik yang sangat efisien. Dilaporkan lipase
yang diselubungi lipida bisa mempercepat aktivitas hidrolisis baik dalam kondisi
aquaeus maupun organik 40 sampai 100 kali dan aktivitasnya tidak dipengaruhi
oleh pH dan kecepatan agitasi (Mori, 2001).
Jensen et al. (1990) menyatakan bahwa spesifitas enzim dipengaruhi oleh sifat fisiko kimia enzim dan substrat, seperti pH, suhu, jenis pelarut, modifikasi
fisik atau kimia dan sumber enzim. Jensen mengklasifikasikan spesifitas enzim ke dalam enam jenis yaitu spesifitas posisi, stereospesifitas, spesifitas asam lemak,
spesifitas alkohol dan spesifitas gabungan. Sedangkan Van Camp et al. (1998), menyatakan bahwa selektifitas dan spesifitas lipase sangat tergantung pada kondisi yang diterapkan selama proses seperti aw, pH, suhu, tipe pelarut, pilihan
kosubstrat dan imobilisasi.
Penggunaan enzim lipase sebagai katalis pada proses gliserolisis untuk
menghasilkan MAG sudah banyak dilakukan dan memberikan hasil yang jauh lebih baik daripada dengan katalis kimia. Hanya saja secara ekonomis penggunaan katalis enzim lipase lebih mahal (Kaewthong, 2005). Untuk
Lipase telah diterima secara luas sebagai biokatalis untuk memodifikasi
minyak dan lemak. Tetapi penggunaannya untuk skala besar masih agak terbatas karena alasan ekonomis dimana lipase memiliki harga yang mahal. Dengan
perkembangan teknologi peneliti dari Novozymes A/S, Bagsvaerd, Denmark telah berhasil memproduksi Lipase TLIM yang diklaim sebagai enzim yang harganya murah secara signifikan. Lipase imobil ini kemudian dikomersialisasi untuk
memenuhi kebutuhan produksi komoditas minyak dan lemak khususnya margarin (Xu et al. 2002).
Menurut Rastall (2007) karakteristik enzim lipase Lipozyme TL IM yaitu diproduksi oleh Novozyme A/S, berasal dari mikroorganisme
Thermomyces lanuginose TLL-1, reaksi spesifik pada posisi sn-1,3 dan
berbentuk granula silika. Tingkat konversi sebesar 30-90%. Enzim masih dapat bekerja pada suhu mencapai 70oC. Karakteristik beberapa enzim terimobilisasi
yang tersedia secara komersil dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Karakteristik Beberapa Enzim Terimobilasi Tersedia Secara Komersil Nama Produsen Mikroorganisme Spesifik Bentuk Lipozyme TL
lipase (berasal dari
Pseudomonas
flourescens lipase, PFL)
Candida antartica,
Menurut Anggirasti (2008) dinyatakan bahwa Lipozyme TLIM berasal
dari mikroorganisme Thermomyces (sebelumnya Humicola) lanuginosus. Lipozyme TLIM memiliki harga yang relatif murah dibandingkan enzim jenis
lain karena pembuatannya menggunakan teknologi granulasi. Konsentrat cairan lipase dari Thermomyces lanuginosus disemprotkan pada butiran silika kemudian diaduk rata dan ditambahkan dekstrin serta selulosa sebagai pengikat. Efek
mekanis dari pengadukan memperbesar ukuran partikel silika menjadi granula yang bersifat kompak dan dapat digunakan sebagai enzim imobil setelah
dikeringkan.
Granula lipase yang sudah kering sangat stabil pada larutan organik tetapi dapat larut dalam air dan terjadi pemisahan silika. Untuk itu dalam penggunaan
enzim Lipozyme TLIM harus dihindari kontak dengan air. Untuk memperoleh hasil optimal dalam reaksi gliserolisis dengan menggunakan enzim TLIM
sebaiknya terlebih dahulu dilakukan pencampuran antara gliserol yang akan digunakan dengan silika gel. Agar penyerapan gliserol dalam silika gel optimal pencampuran kedua bahan dilakukan dengan perbandingan 1:1, kemudian diaduk
secara merata sampai campuran ini homogen (Rendon et al. 2001).
Menurut Xu et al. (2002), suhu sangat mempengaruhi derajat reaksi yang
menggunakan enzim TLIM sebagai katalis. Pada reaksi batch, derajat reaksi baru akan stabil jika suhunya diatas 55˚C. Suhu optimum untuk enzim TLIM berkisar antara 60-90˚C dan konsentrasi katalis yang dapat digunakan berkisar antara 2-
14% (Anggirasti, 2008).
diperoleh pada suhu 65˚C, konsentrasi enzim 10% dengan waktu reaksi 6 jam.
Nilai ini pun tetap signifikan ketika diterapkan pada proses scale up produksi dari 1 kg sampai 300 kg dengan metode batch. Selain itu enzim dapat dipakai
berulang-ulang sampai 10 kali pemakaian (Anggirasti, 2008).
Penelitian Sebelumnya
Saberi et al. (2011) telah melakukan penelitian reaksi gliserolisis enzimatis pada campuran minyak sawit dan digliserida. Dari penelitian tersebut
diketahui bahwa proses gliserolisis enzimatis dari minyak sawit tidak merubah komposisi asam lemak secara signifikan. Hal ini ditunjukkan dari hasil analisis
komposisi asam lemak palmitat; oleat (sebagai asam lemak utama) dari minyak sawit sebelum dan sesudah proses gliserolisis berturut-turut sebesar 44,7%; 38,6% dan 45,6%; 38,4%.
Rendon et al. (2001) telah melakukan penelitian untuk menghasilkan MG dengan cara gliserolisis triolein menggunakan katalis lipase. Dalam penelitian
tersebut dibandingkan tiga sistem reaksi yaitu gliserol diserap dalam silika gel dengan pelarut heksan, gliserol bebas pada heksan dan gliserol bebas tanpa pelarut (pada semua perlakuan ditambahkan 0,1 g enzim, 0,25 mmol triolein dan
0,5 mol gliserol dan reaksi dilakukan pada suhu 40 oC). Heksan dipilih sebagai pelarut karena memiliki kelarutan yang tinggi pada trigliserida dan minyak. Pada
sistem reaksi tanpa pelarut ternyata dihasilkan monoolein yang lebih tinggi jika dibandingkan pada sistem yang menggunakan heksan. Campuran akhir gliserol dan asilgliserida akan meningkatkan polaritas medium sehingga lingkungan
dalam hal produktivitasnya, namun sifat termodinamika sistem tersebut tidak
mudah dimanipulasi untuk memperkuat selektivitas reaksi. Dilaporkan pula reaksi yang dilakukan pada heksan dengan gliserol yang terserap pada silika gel
menunjukkan tranformasi yang lebih cepat dibandingkan sistem reaksi yang lainnya, dimana kondisi kesetimbangan dicapai setelah 10 jam. Sebaliknya pada gliserol yang tak diserap mencapai kesetimbangan setelah 48 jam untuk reaksi
dengan pelarut dan untuk reaksi tanpa pelarut setelah 72 jam. Rendahnya kecepatan reaksi pada sistem tanpa pelarut diduga disebabkan terbatasnya transfer
masa.
Menurut Kaewthong (2005), proses gliserolisis menggunakan enzim lipase TLIM dengan perbandingan mol 1:3 antara minyak palm olein dengan gliserol
menghasilkan produk MDG dengan komposisi MG sebesar 24%. Menurut Watanabe (2003), sebelum memulai reaksi gliserol harus diadsorbsi oleh silika
gel untuk memperoleh yield yang tinggi dan laju reaksi optimum. Waktu reaksi berpengaruh terhadap kadar MG dan jenis MG yang terbentuk. Pada daerah waktu reaksi tertentu, perubahan kadar MG sebanding dengan perubahan waktu
reaksi, diikuti dengan keadaan dimana kadar MG tidak berubah terhadap waktu dan dikenal dengan istilah waktu dan reaksi kesetimbangan (Myrnes, 1995).
Penggunaan enzim lipase telah dilakukan oleh beberapa peneliti untuk menghasilkan berbagai produk turunan atau produk modifikasi minyak/lemak. Produk-produk hasil reaksi menggunakan lipase tersebut antara lain MG yang
(Satiawiharja et al. 1999), TG kaya asam lemak omega-3 (Elisabeth 1997),
produk makanan bayi yang kaya kandungan asam palmitat pada posisi 2 (Quinlan dan Moore 1993), trigliserida kaya DHA (Irimescu et al. 2001), butil oleat untuk
aditif biodesel (Linko, 1995) dan lain-lain.
Damstrup et al. (2006) melakukan penelitian tentang penentuan pelarut yang paling sesuai untuk reaksi gliserolisis enzimatis. Dari penelitian ini diketahui bahwa
alkohol adalah pelarut yang sesuai untuk melakukan proses gliserolisis enzimatis dengan pembentukan kadar monogliserida yang tinggi. Pelarut alkohol yang
memiliki sifat hidrofilik dapat menghasilkan rendemen MG yang lebih tinggi dibandingkan dengan pelarut heksan yang bersifat hidrofobik. Alkohol merupakan pelarut yang sesuai untuk reaksi gliserolisis karena dapat menghasilkan kadar MG
yang tinggi.
Angggirasti (2008) melakukan penelitian tentang pembentukan
Monodigliserida (MDG) melalui proses gliserolisis enzimatis. Pada penelitian ini digunakan beberapa parameter yaitu kadar air, kadar asam lemak bebas, bilangan peroksida dan bilangan iod untuk karakterisasi sifat kimia bahan baku serta
parameter komposisi gliserida, kadar asam lemak bebas, bilangan iod, titik leleh dan nilai HLB untuk identifikasi produk MDG. Penelitian ini menghasilkan MDG
dengan rendemen 83,06% dan kandungan MG 42,08% pada kondisi optimum yaitu waktu reaksi 19,8 jam dan suhu 60,30C. Titik leleh, nilai bilangan iod, kadar ALB dan nilai HLB produk MDG yang dihasilkan pada penelitian tersebut
