INTERESTERIFIKASI MINYAK KELAPA SAWIT DENGAN METIL ASETAT UNTUK SINTESIS BIODIESEL MENGGUNAKAN CANDIDA RUGOSA LIPASE TERIMOBILISASI

Praktikum Biokimia Semester Ganjil Tahun 2013/2014

INTERESTERIFIKASI INTERESTERIFIKASI MINYAK KELAPA SAWIT S AWIT DENGAN METIL ASETAT UNTUK SINTESIS BIODIESEL MENGGUNAKAN CANDIDA RUGOSA LIPASE TERIMOBILISASI TERIMOBILISASI

I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Pada saat sekarang ini telah terjadi krisis bahan bakar yang terjadi, seperti yang kita ketahui bahan bakar fosil merupakan salah satu sumber daya yang tidak dapat diperbaruhi sehingga pada saat sekarang ini telah banyak dikembangkan bahan bakar alternatif untuk memenuhi kebutuhan manusia seiring bertambahnya populasi manusia. Salah satu yang saat ini dikembangkan adalah bahan bakar alternatif biodiesel. Bahan bakar biodiesel telah diproduksi secara komersil melalui berbagai reaksi antara

lain dengan dengan penggunaan penggunaan reaksi transesterifikasi sebagai sumber

energi alternatif. Biodiesel dibentuk melalui perekasian minyak nabati dengan metanol

dengan

menggunakan

katalis

alkali

dan

pada

akhir-akhir

ini

dikembangkan sintesis biodiesel menggunakan enzim lipase sebagai biokatalis, dimana

dimanfaatkan

sifat

biokatalisnya

dalam

pembuatan

biodiesel.

Pengembangan biodiesel dengan penggunaan biokatalis enzim diharapkan dapat memberikan hasil yang lebih banyak dan murni. Selain itu penggunaan biokatalis merupakan pelarut yang heterogen sehingga dengan mudah dipisahkan setelah biodiesel terbentuk. Pembuatan biodiesel umumnya dilakukan dengan penggunaan bahan alam dikarenakan banyaknya sumber daya yang tersedia dan pembentukannya lebih mudah dikarenakan mudah diolah oleh enzim.

1.2 Tujuan

1. Untuk mempelajari proses sintesis biodiesel yang dilakukan pada bahan alam menggunakan biokatalis enzim lipase. 2. Untuk menentukan konsentrasi biodiesel yang terbentuk dan penentuan uji aktifitas lipase

Analisa Jurnal Biodiesel, Biogas, Bioetanol


1.3 Aplikasi

1. Mengembangkan bahan bakar alternatif biodiesel sebagai pengganti bahan bakar. 2. Pengolahan limbah minyak dialam untuk menjadi biodiesel baru.

II. TINJAUAN PUSTAKA

Pada zaman sekarang ini telah berkembang beberapa ilmu pengetahuan dalam pengolahan bahan bakar untuk menjadi sumber bahan bakar alternatif. Salah satu s atu bahan bakar alternatif uang banyak dikenal saat ini adalah biodiesel. Biodiesel merupakan salah satu bahan bakar yang yang digunakan dalam mengganti bahan bakar solar untuk mesin diesel. Biodiesel mampu menggantikan fungsi solar dikarenakan adanya kesamaan struktur dari biodiesel dan solar dan juga kesamaan sifat untuk mengganti bahan bakar solar. [1] Biodiesel pada umumnya disebut dengan minyak solar dimana pereaksian umumnya mereaksikan minyak nabati dengan alkil alkohol dengan penambahan biokatalis sehingga didapatkan produk yang lebih cepat dan hasil yang lebih banyak. Produk dari reaksi produksi biodiesel tersebut berupa asam lemak alkil ester yang dikenal sebagai biodiesel. Proses pembentukan biodiesel biasanya disebut dengan nama transesterifikasi atau alkoholisis dimana reaksinya sebagai berikut :



Pada rekasi tersebut R1, R2, dan R3 merupakan asam lemak yang tergantung dari tipe minyak nabati. Rantainya bisa sama atau berlainan. Alkohol yang digunakan juga dapat berbeda. Jika metanol yang digunakan, maka akan dihasilkan asam lemak metil ester, sedangkan jika etanol yang digunakan, maka akan menghasilkan asam lemak etil ester. Karena harga metanol lebih murah, maka alkohol ini lebih sering digunakan dalam proses produksi biodiesel. Dari stoikiometri reaksi tersebut dapat diyatakan dalam pereaksian biodiesel digunakan bahan dasar trigliserida yang direaksikan dengan metanol dimana 1 mol trigliserida direaksikan dengan 3 mol alkohol, dimana akan menghasilkan produk berupa alkil ester asam lemak sebanyak 3 mol dan produk produk sampingan gliserol.[1] Seperti reaksi kimia pada umumnya, pada reaksi pembentukan biodiesel umumnya menggunakan katalis untuk mempercepat laju reaksi dan meningkatkan perolehan produk, dimana prinsip katalis digunakan untuk mempercepat reaksi tetapi tidak ikut bereaksi. Penggunaan katalis pada proses transesterifikasi biodiesel dapat berupa alkali , asam ataupun enzim.[2] Salah satu alkali yang digunakan sebagai katalis berupa natrium metoksida (NaOCH3), kalium hidroksida (KOH), dll. Selain penggunaan alkali juga dapat digunakan katalis berupa asam, antara lain berupa asama sulfat kuat (H 2SO4), asam fosfat (H2PO4). Tetapi penggunaan katalis asam jarang digunakan karena biodiesel yang dibentuk tidak terlalu murni dan umumnya bersifat asam sehingga merusak kinerja mesin.[2] Penggunaan katalis alkali dan katalis asam memeliki banyak kekurangan oleh karena

itu

penggunaannya

dalam

produksi

biodiesel

jarang

digunakan.

Kekurangan penggunaan katalis alkali adalah : 1. Katalis alkali dalam bentuk cair bercampur sempurna dengan produk sehingga pemurnian produk dari dari katalis relatif sulit. 2. Digunakannya katalis alkali juga mengakibatkan terjadinya reaksi samping yang sangat mengganggu yaitu terjadinya reaksi saponifikasi membentuk



produk samping yang tidak diinginkan sehingga menurunkan kemurnian biodiesel. Kedua hal di atas mengakibatkan dibutuhkannya proses pemurnian produk lebih lanjut yang relatif sulit dan mahal. Penggunaan katalis alkali menyisakan masalah dalam hal pemurnian produk sehingga diperlukan katalis heterogen dan mampu mengarahkan reaksi secara spesifik.[1] Salah satu katalis yang dikembangkan saat ini adalah penggunaan biokatalis berupa enzim. Enzim yang digunakan berupa enzim lipase dikarenakan pada proses pembentukan biodiesel terjadi pemecahan trigliserida yang merupakan asam lemak menjadi produk biodiesel. Salah satu pemanfaatan sifat enzim pada produksi enzim adalah kerja k erja enzim yang spesifik terhadap substrat tertentu. Pada penggunaan biokatalis sangat menguntungkan dikarenakan dapat memperbaiki kekurangan dalam penggunaan katalis alkali. Akhir-akhir ini, penelitian sintesis biodiesel menggunakan enzim lipase banyak dilakukan. Beberapa peneliti banyak menggunakan lipase dari Candida sp dan sp dan Pseudomonas Pseudomonas sp. sp.[3] Beberapa kelebihan penggunaan biokatalis dibandingkan dengn katalis alkali adalah : 1. Perbedaan fasa antara biokatalis dengan fasa produk baik dalam bentuk bebas atau terimobilisasi sehingga pemisahan produk dengan biokatalis mudah dilakukan. 2. Mampu mengarahkan reaksi secara spesifik tanpa adanya reaksi samping yang tidak diinginkan seperti reaksi saponifikasi yang menghasilkan produk berupa sabun, sehingga kemurniaan biodiesel yang terbentuk lebih murni. Namun

penggunaan

enzim

sebagai

biokatalis

mempunyai

beberapa

kelemahan, antara lain yaitu harga enzim yang sangat mahal, ketidak-stabilan enzim, ketersediaan enzim yang sangat sedikit, dan mahalnya biaya untuk recovery enzim recovery enzim yang digunakan pada reaksi dalam media cair karena sifat enzim yang larut dalam media cair. [1] Untuk mengatasi kekurangan penggunaan biokatalis enzim lipase dapat digunakan proses imobilisasi. Imobilisasi enzim adalah menggabungkan suatu enzim dengan suatu matriks padat ( support ) secara fisik, sehingga dapat digunakan secara berulang kali dan secara kontinyu. Teknik ini dikembangkan



untuk memperbaiki beberapa kekurangan penggunaan enzim tersebut. Teknik imobilisasi yang digunakan adalah dengan metode adsorpsi. Adsorpsi didasari pada kontak antara enzim dengan permukaan support. Bergantung dari sifat alami permukaan tersebut, ikatan enzim boleh jadi hasil dari interaksi ionik, adsorpsi fisik, ikatan hidrofobik, gaya van der waals, atau kombinasi dari semuanya. [1] Proses pembentukan biodiesel dapat dibedakan atas 2 cara : 1. Rute alkohol Pada pembentukan biodiesel pada rute alkohol digunakan alkil alkohol yang direaksikan dengn trigliserida yang berfungsi sebagai donor gugus alkil dalam struktur biodiesel. Beberapa contoh alkohol yang digunakan dalam peraksian ini adalah metanol, etanol, dll. 2. Rute non alkohol Pembentukan biodiesel pada proses ini tidak digunakan alkohol dalam pereaksiannya. Pada proses ini digunakan senyawa lain sebagai pendonor gugus alkil dalam strukur biodiesel. Salah satu contoh pengganti alkohol dalam r eaksi ini adalah metil asetat yang akan mendonor gugus metil menghasilkan produk metil ester asam lemak.[3] Dalam pembentukan biodiesel lebih diinginkan penggunaan rute non-alkohol dimana memiliki banyak kelebihan dibandingkan penggunaan alkohol sebagai donor gugus alkil. Dimana pada penggunaan katalis enzim lipase tidak dapat bekerja optimum pada kondisi lingkungan alkohol. Dimana pada rute alkohol akan menyebabkan lipase terdeaktivasi secara cepat dan stabilitasnya dalam mengkatalisis reaksi menjadi buruk (Kaieda dkk., 2001). Akibatnya, biokatalis tersebut tidak bisa dipakai ulang dalam pembentukan biodiesel . Hal ini akan mengakibatkan

biaya

produksi

yang

tinggi

sehingga

sintesis

biodiesel

menggunakan biokatalis belum bisa dilakukan secara komersial. [3] Alkohol berantai pendek seperti metanol yang biasa digunakan sebagai penyuplai gugus alkil mempunyai pengaruh buruk bagi aktivitas dan stabilitas lipase. Untuk menyelesaikan masalah tersebut, dalam beberapa penelitian telah dikembangkan rute baru untuk mensintesis biodiesel menggunakan rute nonalkohol sehingga mampu menjaga aktivasi dari enzim lipase.



Dalam sintesis biodiesel rute alkohol, alkohol (metanol) berfungsi untuk menyuplai gugus alkil (metil). Sementara itu, dalam sintesis biodiesel rute nonalkohol, metanol bisa digantikan dengan metil asetat sebagai penyuplai gugus metil seperti reaksi berikut:

Penggantian alkohol dengan alkil asetat ini diharapkan mampu meningkatkan stabilitas enzim lipase selama proses reaksi secara signifikan. Di samping itu, produk samping rute non-alkohol ini yaitu triasetilgliserol mempunyai nilai jual yang lebih tinggi dibanding produk samping rute alkohol yaitu gliserol. Peningkatan stabilitas enzim dan produk samping yang bernilai lebih tinggi diharapkan mampu membuat sintesis enzimatik biodiesel bisa lebih kompetitif di level industri dan layak untuk dikomersialkan di masa depan. [1]



III. METEODOLOGI PENELITIAN 3.1 Alat dan Bahan A. Alat dan fungsinya

1. Reaktor batch

: tempat pembuatan biodiesel

2. Erlenmeyer

: wadah larutan

3. HPLC

: identifikasi biodiesel dan konsentrasinya

B. Bahan dan fungsinya

1. Enzim lipase terimobilisasi

: biokatalis

2. Metil asetat

: donor gugus alkil rute non-alkohol

3. Metanol

: donor gugus alkil rute alkohol

4. Zeolit

: zat penyangga

5. Minyak kelapa sawit

: sampel

3.2 Cara Kerja A. Imobilisasi Enzim Lipase

1. Disiapkan enzim lipase yang akan diimobilisasi dan zeolit lumpeng yang telah teraktivasi. 2. Dimasukkan zeolit ke dalam Erlenmeyer yang yang berisi larutan metil asetat dan diaduk pada temperatur ruang selama 60 menit.



3. Setelah terjadinya absorbsi lipase pada zeolit, larutan dipisahkan dengan cara menyaring endapan.

B. Uji stabilitas Biodiesel

1. Minyak sawit disiapkan dengan perbandingan dengan metil asetat dengan perbandingan 1:3 dan 1:12 dan diaduk dalam reactor batch. batch. 2. Ditambahkan biokatalis enzim lipase yang telah diimobilisasi pada percobaan sebelumnya dengan variasi konsentrasi 1%, 2%, dan 4%-wt 4%- wt dari substrat campuran minyak sawit. 3. Direaksikan dengan variasi waktu selama 0; 0,25; 0.5; 1; 2; 4; 6; 9; 12; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 45; dan 50 jam. 4. Produk biodiesel yang telah terbentuk dipisahkan dengan z eolitnya. 5. Filtrat

yang

didapat

kemudian

ditentukan

kemurniaannya

dengan

menggunakan HPLC. 6. Zeolit yang telah dipisahkan kemudian dikeringkan pada suhu kamar, dan kemudian digunakan sebagai biokatalis dalam reaksi produksi biodiesel untuk siklus kedua dan ketiga.

3.3 Skema Kerja

A. Imobilisasi Enzim Lipase Zeolit teraktivasi

 Dimasukkan kedalam larutan metil asetat dan ditambahkan lipase  Diaduk pada temperatur ruang (terjadi proses adsorbsi terjadi pertukaran ion antara lipase dan solid) Lipase terimobilisasi

 Didiamkan selama 1 jam sampai terdapat butiran penyangga p enyangga  Dipisahkan dengan menggunakan molekuler sieve  Dilakukan proses produksi biodiesel dalam reactor batch Biokatalis Lipase B. Uji Stabilitas Biodiesel Minyak Sawit

 Ditambahkan metil asetat dengan perbandingan 1:3 dan 1:12



 Ditambahkan biokatalis lipase terimobilisasi dengan konsentrasi 1%, 2%, dan 4%-wt 4%-wt dari substrat campuran minyak sawit

 Dilakukan variasi waktu reaksi 0, 0,25, 0.5, 1, 2, 4, 6, 9,12, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, dan 50 jam Biodiesel

 Disaring dan dipisahkan larutan (biodiesel) dan zeolit katalis  Diukur produk yang dihasilkan dengan HPLC  Dikeringkan zeolit pada suhu kamar  Dilakukan proses reaksi biokatalis dengan 3x siklus Biodiesel IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil dan Pengamatan Pengamatan

A. Reaksi Interesterifikasi minyak mi nyak nabati dengan rute non-alkohol

B. Grafik Percobaan Gambar 1. Pengaruh konsentrasi biokatalis terhadap biodiesel yang dihasilkan pada perbedaan rasio reaktan

Hasil Konsentrasi Biodiesel yang terbentuk dengan variasi konsentrasi biokatalis dan rasio reaktan



Konsentrasi Biokatalis 1% 2% 4%

Rasio reaktan 1:3 1:12 0,36 M 0,66 M 0,79 M 1,24 M 1,21 M 3,98 M

Gambar 2. Laju konsentrasi biodiesel dengan waktu reaksi

Dari grafik didapatkan hasil penurunan konsentrasi trioleat (trigliserida) dan peningkatan konsentrasi biodiesel yang menunjukkan adanya reaksi pembentukan biodiesel. Dimana semakin lama waktu reaksi maka produk yang dihasilkan akan semakin besar. Dari kurva laju pembentukan biodiesel yang terbentuk optimal pada waktu reaksi 50 jam dengan konsentrasi 3,98 mol/L dengan 82% trigliserida terkonversi menjadi biodiesel. Gambar 3. Uji stabilisasi lipase terimobilisasi metode absorbs seteah 3 recycle

Konsentrasi biodiesel yang terbentuk 1x cycle

: 15,02 mol/L

2x cycle

: 6,29 mol/L



3x cycle

: 2,84 mol/L

Percobaan menggunakan enzim lipase terimobilisasi untuk 3 siklus pembentukan biodiesel, dimana semakin banyak proses penggunaan maka semakin rendah konsentrasi biodiesel yang dihasilkan.

4.2

Pada

Pembahasan

percobaan

dilakukan

proses

pembuatan

biodiesel

dengan

reaksi

interesterifikasi minyak kelapa sawit dengan metil asetat dengan menggunakan lipase Candida rugosa terimobilisasi. Pada pembuatan biodiesel ditujukan untuk pengganti bahan bahan bakar fosil yang telah habis dan tidak dapat diperbaruhi lagi. Proses pembuatan biodiesel pada percobaan ini dengan menggunakan rute non-alkohol, dimana pereaksian trigliserida tidak dengn menggunakan alkohol



sebagai donor gugus alkilnya tetapi digunakan metil asetat sebagai donor alkilnya. Penggunaan rute non-alkohol diharapkan penggunaan katalis enzim lebih stabil dan akan menghasilkan produk yang lebih banyak dan hasil sampingnya berupa triacetilgliserol lebih mempunyai nilai jual yang lebih tinggi. Pada percobaan pembuatan biodiesel digunakan katali yang bertujuan untuk mempercepat proses pembentukan biodiesel dan diharapkan menghasilkan produk yang lebih le bih banyak, sesuai dengan sifat katalis yang mempercepat reaksi tetapi tidak ikut bereaksi. Pada percobaan ini digunakan katalis berupa enzim lipase terimobilisasi, dimana lipase direaksikan dengan zeolit yang bertujuan untuk menghemat proses kerja enzim yang mudah terdeaktivasi sehingga penggunaan enzim dapat digunakan digunakan berulang. Pada hasil percobaan dilakukan memvariasi waktu pereaksian dan variasi kandungan enzim lipase yang digunakan sebagai katalis. Dari hasil percobaan diketahui bahwa pengaruh konsentrasi enzim lipase yang digunakan berbanding lurus dengan konsentrasi biodiesel yang dihasilkan, semakin besar konsentrasi biokatalis yang direaksikan semakin besar konsentrasi biodiesel yang didapatkan. Begitu juga dengan variasi waktu reaksi, dimana akan berbanding lurus dengan konsentrasi bioiesel yang dihasilkan. Hasil percobaan yang didapatkan konsentrasi maksimum yang didapatkan dengan penambahan 4% katalis enzim lipase sebebsar 3,98 mo/L dan pada variasi waktu konsentrasi biodiesel yang terbesar pada waktu pereaksian 50 jam. Hasi ini didapatkan karena dengan memperbanyak penambahan enzim lipase yang digunakan maka semakin banyak pula substrat yang diubah menjadi produk. Dan semakin lama waktu reaksi maka semakin banyak pula substrat yang tereaksikan membentuk biodiesel. Pada percobaan juga dilakukan pengukuran stabilitas enzim lipase terimobilisasi

dengan

penggunaan

enzim

lipase

dengan

3

kali

siklus

pembentukan enzim. Dimana dapat disimpulkan semakin banyak siklus reaksi maka semakin kecil konsentrasi biodiesel yang didapatkan, dimana pada siklus pertama didapatkan konsentrasi sebesar 3,98 mol/L sedangkan pada siklus sikl us kedua dan ketiga terjadi penurunan konsentrasi menjadi 1,26 mol/L dan 0,87 mol/L. Hal ini dikarenakan pada pereaksikan berulang zeolit yang digunakan adanya zeolit yang terlarut dan terjadinya deaktivasi pada pereaksian.



V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

Dari percobaan yang dilakukan, dapat disampulkan bahwa : 1. Proses pembuatan biodiesel dilakukan dengan rute non-alkohol, dimana digunakan metil asetat sebagai pendonor gugus alkil. 2. Pada percobaan dilakukan penggunaan biokatalis enzim lipase untuk mempercepat rekasi dan mengoptimalkan produk yang dihasilkan. 3. Pembuatan biodiesel digunakan enzim lipase yang diimobiisasi dengan zeolit yang bertujuan menstabikan kerja enzim saat penggunaan enzim untuk siklus berulang. 4. Hasil percobaan biodiesel maksimum yang didapatkan optimal dengan rasio trigliserida dengan metil asetat 1:12 dengan penambahan biokatalis 4% dan waktu waktu pereaksian 50 jam dengan dengan besar konsentrasi 3,98 mol/L. mol/L.

5.2 Saran

Agar percobaan yang dilakukan berjalan baik, disarankan praktikan : 1. Teliti dalam penambahan dan pereaksian zat. 2. Sempurnakan reaksi dalam pembentukan biodiesel. 3. Teliti dalam pemvariasian waktu raksi dan konsentrasi biokatalis yang digunakan.

DAFTAR PUSTAKA



[1] Hermansyah, Herr,dkk. 2008. INTERESTERIFIKASI MINYAK KELAPA SAWIT DENGAN METIL ASETAT UNTUK SINTESIS BIODIESEL MENGGUNAKAN CANDIDA RUGOSA LIPASE TERIMOBILISASI. Depok : Universitas Indonesia [2] Lehninger, A.L. 1995. DASAR-DASAR BIOKIMIA. Jakarta : Erlangga [3] Dwidjoses, Putro. 1985. MIKROBIOLOGI DASAR DALAM PRAKTEK. Jakarta : Erlangga


INTERESTERIFIKASI MINYAK KELAPA SAWIT DENGAN METIL ASETAT UNTUK SINTESIS BIODIESEL MENGGUNAKAN CANDIDA RUGOSA LIPASE TERIMOBILISASI

Recommend Documents