Biotechnology Letters 22: 31-34, 2000.
© 2000 Kluwer Academic Publishers. Dicetak di Belanda.
Gliserolisis bebas pelarut dari minyak kelapa sawit dan minyak inti sawit yang dikatalisis oleh lipase 1,3 spesifik komersial dari Humicola lanuginosa dan komposisi produk gliserolisis
Melek Tüter
∗& H. Ays¸e Aksoy
Departemen Teknik Kimia, Universitas Teknik Istanbul, 80626, Maslak, Istanbul, Turki
∗Penulis untuk korespondensi (Faks: +90 212 285 34 25/29 25; E-mail: okutan@sariyer.cc.itu.edu.tr)
Diterima 27 Juli 1999; Revisi diminta 27 Juli - 14 Oktober 1999; Revisi diterima 6 Oktober - 1 November 1999; Diterima 2 November 1999
Kata kunci: gliserolisis, Humicola lanuginosa, lipase, minyak inti sawit, minyak kelapa sawit
Abstrak
Gliserolisis minyak kelapa sawit dan inti sawit dilakukan dengan menggunakan lipase 1,3-spesifik komersial dari Humicola lanuginosa (nama dagang: SP 398) sebagai katalis (500 unit lipase g−1 minyak) pada suhu 40◦ C dan rasio minyak:gliserol (1:2 mol−1 ) dalam sistem bebas pelarut. Setelah 24 jam, produk gliserolisis minyak sawit dan inti sawit terdiri dari 23% triasilgliserol, 18% monoasilgliserol, 38% diasilgliserol, dan 18% triasilgliserol, 31% monoasilgliserol, dan 42% diasilgliserol. Fraksi monoasilgliserol dari produk gliserolisis minyak kelapa sawit diperkaya dengan asam oleat. Kandungan asam palmitat dari fraksi monoasilgliserol dari produk yang sama lebih sedikit dibandingkan dengan minyak aslinya. Pada kondisi yang sama, fraksi monoasilgliserol dari produk gliserolisis minyak inti sawit diperkaya dengan asam palmitat, stearat dan oleat.
Pendahuluan
Monoasilgliserol (MAG) banyak digunakan dalam industri makanan dan farmasi untuk meningkatkan pembentukan dan stabilitas emulsi. Proses produksi MAG saat ini didasarkan pada esterifikasi langsung gliserol dengan asam lemak atau pada inter- esterifikasi triasilgliserol (TAG) dengan gliserol.
Sebagian besar proses produksi komersial MAG melibatkan pemanasan gliserol dan lemak triasilgliserida pada suhu 170-250◦ C dengan adanya berbagai katalis seperti NaOH, KOH, dan natrium alkoholat yang disarankan dalam jumlah 0,05 hingga 0,2% dari lemak yang digunakan (Sonntag, 1982) dan kelebihan molar gliserol yang digunakan. Karena suhu reaksi yang tinggi, produk sampingan berwarna gelap dengan rasa yang tidak diinginkan terbentuk, sehingga perlu dilakukan pemurnian dengan distilasi molekuler. Selain itu, r e n d e m e n MAG agak rendah (30-40%). Untuk mendapatkan produk dengan kualitas yang lebih tinggi dan hasil yang lebih tinggi serta untuk meminimalkan biaya energi, tujuh upaya telah dilakukan untuk mensintesis MAG pada suhu rendah dengan menggunakan lipase sebagai katalis. Gliserol-
ysis membutuhkan penggunaan pelarut organik dan zat aktif permukaan untuk menghasilkan MAG yang tinggi (McNeill dkk. 1990, 1991, McNeill & Yamane 1991, Myrnes dkk. 1995). Gliserolisis lemak dan minyak tanpa pelarut yang memberikan hasil MAG yang tinggi dikembangkan oleh McNeil dkk. (1991).
Mereka menunjukkan bahwa hasil MAG sangat dipengaruhi oleh suhu reaksi dan jenis lipase. Dalam reaksi gliserolisis yang dikatalisis oleh lipase Pseudomonas fluorescens pada suhu di bawah titik kritis
Suhu kimia (Tc ) di mana campuran reaksi
menjadi padat, rendemen MAG tertinggi diperoleh dari minyak zaitun (90%), stearin kelapa sawit dan lemak susu (sekitar 80%) dan rendemen terendah (67%) diperoleh dari minyak kelapa sawit (McNeil dkk., 1991). Gliserolisis minyak kelapa sawit yang dikatalisis oleh li- pase 1,3-spesifik komersial dari Humicola lanuginosa (nama dagang: SP 398) pada suhu 40◦ C dengan perbandingan gliserol:lemak sebesar 2:1 (mol−1 ) menghasilkan produk dengan kandungan MAG sebesar 43% (McNeil dkk., 1991).
Mereka juga menunjukkan bahwa hasil MAG sangat dipengaruhi oleh program suhu dan campuran lipase.
Dengan suhu awal 42◦ C selama 6-8 jam
31 Subscribe to DeepL Pro to translate larger documents.
Visit www.DeepL.com/pro for more information.
32
Diikuti dengan inkubasi pada suhu 5◦ C selama 4 hari, hasil sekitar 90% MAG diperoleh dari lemak sapi, minyak kelapa sawit dan stearin kelapa sawit.
Campuran lipase dari Penicillium camembertii (Amano G) dan Humi- cola lanuginosa terbukti lebih efektif daripada enzim yang digunakan secara terpisah, memberikan hasil sekitar 70% MAG dengan menggunakan lemak sapi atau minyak kelapa sawit (McNeil & Yamane, 1991).
Tujuan dari penelitian yang dijelaskan di sini adalah untuk mengetahui pengaruh lipase 1,3 spesifik dari Humicola lanuginosa terhadap gliserolisis bebas pelarut pada minyak kelapa sawit dan minyak inti sawit serta membandingkan profil asam lemak dari fraksi TAG, DAG, dan MAG dari produk gliserolisisnya dengan profil asam lemak dari minyak asli.
Prosedur eksperimental
Bahan
Minyak kelapa sawit dan minyak inti sawit dibeli dari Perusahaan Vitsan. Lipase 1,3-spesifik komersial dari Humicola lanuginosa (nama dagang: SP 398) merupakan sediaan cair dari lipase mikroba (EC 3.1.1.3) dan merupakan pemberian dari Novo Nordisk A/S Denmark. Menurut lembar produk Novo Nordisk, produk ini dibuat dengan teknologi DNA rekombinan dan paling aktif pada suhu 20-50◦ C dan pH dalam kisaran 6-11. Aktivitas lipolitiknya ditentukan sebagai 4779 unit g−1 lipase di laboratorium kami (Rosu et al. 1997) dan digunakan secara langsung tanpa pemurnian apa pun. Semua bahan kimia lainnya adalah kelas analitik (Merck).
Reaksi gliserolisis
Reaksi gliserolisis enzimatik dilakukan dalam labu berleher tiga (250 ml), dilengkapi dengan pipet sampel dan pengontrol suhu. Kecepatan pengadukan adalah 1300 rpm. Reaksi gliserolisis menggunakan 50 g minyak dilakukan di bawah kondisi optimum (40◦ C, minyak: gliserol (1:2 mol−1 ) dan 500 unit lipase g−1 minyak) yang telah ditentukan sebelumnya untuk minyak kelapa sawit (McNeil dkk., 1991). ◦Selama proses reaksi berlangsung, sampel sebanyak 2 ml diambil secara berkala dan dimasukkan ke dalam penangas air bersuhu 90°C selama 15 menit untuk menonaktifkan enzim dan disentrifugasi untuk memisahkan fase minyak. Kelebihan gliserol dalam fase minyak dihilangkan dengan mencuci dua kali dengan air suling panas dalam volume yang sama dari fase minyak dan disentrifugasi ulang. Fase minyak dikeringkan dengan menggunakan Na2 SO4 anhidrat.
Komposisi produk gliserolisis diselidiki dengan kromatografi lapis tipis-api
Gbr. 1. Konsentrasi triasilgliserol dari produk gliserolisis versus waktu reaksi. Kondisi gliserolisis: 40 ◦C; minyak:gliserol (1:2 mol
mol-1); 500 unit lipase g-1 minyak; penentuan: dengan KLT-FID (Iatroscan TH-10).
Gbr. 2. Konsentrasi diasilgliserol versus waktu reaksi. Kondisi reaksi dan investigasi komposisi produk seperti pada Gambar 1.
ionisasi deduksi (TLC-FID) menggunakan alat analisis Iatroscan TH-10 dengan batang SIII (Iatron Lab, Inc, Tokyo, Jepang) (Tüter 1998). Pemisahan dan pemulihan fraksi TAG, DAG dan MAG dari produk reaksi dilakukan dengan kromatografi kolom pada Florisil (25 g) menggunakan kolom kaca (diameter dalam 18 mm). Produk tersebut dikonversi menjadi metil ester dengan esterifikasi BF3 -metanol dan komposisi asam lemak ditentukan dengan kromatografi gas kapiler seperti yang telah dijelaskan sebelumnya (Tüter et al. 1999). Komposisi asam lemak dari fraksi TAG yang diperoleh dari reaksi gliserolisis minyak inti sawit tidak diteliti.
Gbr. 3. Konsentrasi monoasilgliserol versus waktu reaksi. Kondisi aksi ulang dan investigasi komposisi produk seperti Gambar 1.
Hasil dan pembahasan
Untuk mengetahui pengaruh jenis minyak terhadap gliserolisis, minyak kelapa sawit dan minyak inti sawit direaksikan dengan gliserol menggunakan lipase spesifik 1,3 dari Humi- cola lanuginosa sebagai katalis dalam kondisi yang sama (40◦ C, minyak: gliserol (1:2 mol−1 ) dan 500 unit lipase g−1 minyak, dan waktu reaksi: 24 jam). Pengaruh jenis minyak terhadap kandungan TAG, DAG dan MAG dari produk gliserolisis ditunjukkan pada Gambar 1-3 s e b a g a i fungsi waktu reaksi. Berbeda dengan gliserolisis minyak kelapa sawit dan minyak inti sawit yang dikatalisis dengan 1,3-spesifik lipase Lipase D 'Amano' 100 (Tüter dkk. 1999), kandungan MAG tertinggi, 31% (b/b), diperoleh ketika gliserolisis yang dilakukan dengan minyak inti sawit dan produk gliserolisis mengandung 18% (b/b) TAG, 42% (b/b) DAG. Pada kondisi yang sama, produk gliserolisis minyak sawit terdiri dari 23% (w/w) TAG, 18% (w/w) MAG dan 38% (w/w) DAG.
Perbedaan ini mungkin terkait dengan posisi dan kekhususan asam lemak dari lipase dan posisi asam lemak dari minyak. Seperti yang disebutkan di bawah Bahan, lipase spesifik 1,3 dari Humicola lanuginosa adalah sediaan cair lipase mikroba. Oleh karena itu, hal ini menyebabkan reaksi berlanjut lebih ke arah hidrolisis. Kandungan asam lemak bebas (FFA) dari produk gliserolisis minyak kelapa sawit dan minyak inti sawit masing-masing adalah 21% (b/b) dan 9%
(b/b). Gliserolisis minyak kelapa sawit dengan lipase spesifik 1,3 dari Humicola lanuginosa menghasilkan produk yang mengandung MAG sebesar 18% (w/w), hasil yang relatif lebih rendah dibandingkan dengan hasil yang dilaporkan oleh McNeill dkk. (1991), yaitu 43% MAG. Hal ini mungkin terkait dengan karakteristik komposisi minyak sawit dan aktivitas
33
Tabel 1. Komponen asam lemak utama dari minyak kelapa sawit dan produk gliserolisisnya (rel. % (b/b) dari total asam lemak).
Asam lemak Minya
k TAG DAG MAG
16:0 44.1 38.9 45.9 24.9
18:1 48.7 55.5 47.2 68.2
18:0 4.4 4.1 4.5 3.9
Lainnya 2.8 1.5 2.4 3
TAG: triasilgliserol; DAG: diasilgliserol; MAG:
monoasilgliserol.
Tabel 2. Komponen asam lemak utama dari minyak inti sawit dan p r o d u k gliserolisisnya (rel. % (b/b) dari total asam lemak).
Asam lemak Minya k
DAG MAG
8:0 2.4 2.3 0.1
10:0 2.7 2.8 1.0
12:0 44.3 45.0 31.0
14:0 16.1 16.2 16.9
16:0 8.9 8.8 11.4
18:1 21.0 21.5 34.3
18:0 2.3 2.2 3.4
Lainnya 2.3 1.2 1.9
DAG dan MAG seperti pada Tabel 1.
1,3-spesifik lipase dari Humicola lanuginosa yang digunakan oleh McNeill dkk. (1991) yang tidak dilaporkan dalam literatur. Dalam penelitian kami, kandungan FFA dari produk gliserolisis minyak kelapa sawit adalah 21% (b/b), sedangkan kandungan FFA yang diperoleh oleh McNeill dkk. (1991) hanya 6%. Aktivitas lipase spesifik 1,3 dari Humicola lanuginosa yang digunakan dalam penelitian ini kemungkinan besar relatif lebih rendah; oleh karena itu, untuk mendapatkan aktivitas lipase sebesar 500 unit lipase g−1 minyak, jumlah lipase yang lebih tinggi harus digunakan dan kandungan air dalam campuran reaksi ditingkatkan, sehingga menyebabkan reaksi berlanjut ke arah hidrolisis dan menghasilkan kandungan FFA yang lebih tinggi.
Komposisi asam lemak dari fraksi produk gliserolisis Tabel 1 dan 2 menunjukkan komposisi asam lemak dari minyak dalam keadaan asli dan produk gliserolisis 24 jam setelah pemisahan dengan kromatografi kolom. Komposisi asam lemak dari fraksi DAG dari produk gliserolisis minyak kelapa sawit dan minyak inti sawit tidak mengalami perubahan dibandingkan dengan minyak aslinya.
Fraksi MAG dari produk gliserolisis minyak inti sawit diperkaya
34
dalam asam palmitat, oleat dan stearat. Pada reaksi yang dilakukan dengan minyak sawit, hanya konsentrasi asam oleat dari TAG dan MAG yang diperkaya dibandingkan dengan minyak asli.
Referensi
McNeill GP, Yamane T (1991) Peningkatan lebih lanjut dalam hasil monogliserida selama gliserolisis enzimatik lemak dan minyak. J. Am. Oil Chem. Soc. 68: 6-10.
McNeill GP, Shimizu S, Yamane T (1990) Gliserolisis enzimatik fase padat dari lemak sapi yang menghasilkan monogliserida dengan hasil yang tinggi. J. Am. Oil Chem. Soc. 67: 779-783.
McNeill GP, Shimizu S, Yamane T (1991) Gliserolisis enzimatik dengan hasil tinggi dari lemak dan minyak. J. Am. Oil Chem.
Soc. 68: 1-5.
Myrnes B, Borstad H, Olsen RL, Elvevoll EO (1995) Gliserolisis enzimatik bebas pelarut dari minyak laut. J. Am. Oil Chem. Soc.
72: 1339-1343.
Rosu R, Uozaki Y, Iwasaki Y, Yamane T (1997) Penggunaan berulang lipase amobil untuk produksi monoasilgliserol melalui gliserolisis minyak zaitun fase padat. J. Am. Oil Chem. Soc. 74:
445-450.
Sonntag NOV (1982) Pemisahan lemak, esterifikasi dan interesterifikasi. Dalam: Swern D, ed. Produk Minyak dan Lemak Industri Bailey, Vol. 2, 4th edn. New York: John Wiley
& Sons, pp. 134-144.
Tüter M (1998) Lipase biji jarak sebagai biokatalisator dalam esterifikasi asam lemak menjadi gliserol. J. Am. Oil Chem. Soc.
75: 1-4.
Tüter M, Babali B, Köse Ö, Dural S, Aksoy HA (1999).
Gliserolisis bebas pelarut dari minyak kelapa sawit dan minyak inti sawit yang dikatalisis oleh lipase 1,3-spesifik dan komposisi asam lemak produk gliserolisis. Bioteknologi.
Biotechnol. 21: 245-248.
