Post on 22-Dec-2015
description
i Universitas Indonesia
UNIVERSITAS INDONESIA
IMMOBILISASI LIPASE DARI PSEUDOMONAS FLOURESCENS
DALAM MEMBRAN-MIKROREAKTOR UNTUK TRANSESTERIFIKASI
TRIGLISERIDA PADA MINYAK SAWIT MENJADI FATTY ACID
METHYL ESTER (FAME)
SKRIPSI
DINI ASYIFA
0806460465
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNOLOGI BIOPROSES
DEPOK
JUNI 2012
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
ii Universitas Indonesia
UNIVERSITAS INDONESIA
IMMOBILISASI LIPASE DARI PSEUDOMONAS FLOURESCENS
DALAM MEMBRAN-MIKROREAKTOR UNTUK TRANSESTERIFIKASI
TRIGLISERIDA PADA MINYAK SAWIT MENJADI FATTY ACID
METHYL ESTER (FAME)
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
program studi Teknologi Bioproses, Departemen Teknik Kimia
DINI ASYIFA
0806460465
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNOLOGI BIOPROSES
DEPOK
JUNI 2012
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
i Universitas Indonesia
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS
Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri,
Dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk
Telah saya nyatakan dengan benar
Nama : Dini Asyifa
NPM : 0806460465
Tanda Tangan :
Tanggal : 25 Juni 2012
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
ii Universitas Indonesia
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi ini diajukan oleh
Nama : Dini Asyifa
NPM : 0806460465
Program Studi : Teknologi Bioproses
Judul Skripsi : Immobilisasi Lipase Dari Pseudomonas flourescens
Dalam Membran-mikroreaktor Untuk
Transesterifikasi Trigliserida Pada Minyak Sawit
Menjadi Fatty Acid Methyl Ester (FAME)
:
Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima
sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik pada Program Studi Teknologi Bioproses, Fakultas Teknik,
Universitas Indonesia
DEWAN PENGUJI
Pembimbing : Dr. Ing. Ir. Misri Gozan, M.Tech. ( )
Pembimbing : Dr. Ir. Achmadin Luthfi, M.Eng ( )
Penguji : Ir. Rita Arbianti, M.Si ( )
Penguji : Dianursanti, ST, PhD ( )
Penguji : Dr.Ir Sukirno, M.Eng ( )
Ditetapkan di : Depok
Tanggal : 25 Juni 2012
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
iii Universitas Indonesia
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Allah SWT, yang atas llimpahan rahmat dan karunia-
Nya penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. Makalah skripsi yang
berjudul “Immobilisasi Lipase Dari Pseudomonas flourescens Dalam Membran-
Mikroreaktor Untuk Transesterifikasi Trigliserida Pada Minyak Sawit Menjadi
Fatty Acid Methyl Ester (FAME)” dibuat untuk memenuhi tugas mata kuliah
Skripsi, salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik pada Departemen
Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia.
Pada penulisan ini, penulis juga ingin mengucapkan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada:
(1) Dr. Ing. Ir. Misri Gozan, M.Eng. selaku dosen pembimbing yang telah
menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk menuntun saya dalam
penyusunan skripsi ini.
(2) Dr. Ir. Achmadin Luthfi, M.Eng. selaku pembimbing ahli beserta
asistennya, Ruby, Farida, Wina yang telah menyediakan waktu untuk
mengajarkan banyak hal yang tidak saya mengerti dalam topik skripsi ini.
(3) Ir. Rita Arbianti M.Si. selaku dosen pembimbing akademik yang telah
menyediakan waktu untuk membimbing, mengarahkan, dan memberikan
petuah-petuah kepada saya selama saya kuliah di kampus ini.
(4) Para dosen Departemen Teknik Kimia FTUI yang telah memberikan ilmu,
pengalaman serta wawasan.
(5) Orangtua dan keluarga yang selalu memberi dukungan dan semangat
berupa keceriaan setiap harinya selama mengerjakan skripsi.
(6) Rekan satu bimbingan: Aditya Rinus P. Putra, Agung Marssada Pasaribu,
S. T., Chandra Paska Bakti, Florensia Indan Stepani (Teman paralel
penelitian), dan Nadia Chrisayu Natasha yang sudah membantu dalam
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
iv Universitas Indonesia
berbagi informasi dan pengetahuan serta pengalaman yang berkaitan
dengan penulisan ini.
(7) Destya Nilawati, Ester Kristin, Servatius Bismandityo, Santoso Wijaya,
Fika Adriani, Nindya Sani Widhyastuti, Indrianti Pramadewi, S. T., Darul
Hamdi, David Adiprakoso, Hendra Fauzi dan Prima Ernest para sahabat
yang telah memberikan dukungan sehingga penulis bersemangat dan bisa
menyelesaikan tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa dalam makalah skripsi ini masih terdapat banyak
kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan
untuk perbaikan di masa yang akan datang. Semoga tulisan ini dapat bermanfaat
bagi para pembaca dan bagi dunia pendidikan dan ilmu pengetahuan.
Depok, 25 Juni 2012
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
v Universitas Indonesia
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di
bawah ini:
Nama : Dini Asyifa
NPM : 0806460465
Program Studi : Teknologi Bioproses
Departemen : Teknik Kimia
Fakultas : Teknik
Jenis Karya : Skripsi
demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada
Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty-
Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul :
IMMOBILISASI LIPASE DARI PSEUDOMONAS FLOURESCENS
DALAM MEMBRAN-MIKROREAKTOR UNTUK TRANSESTERIFIKASI
TRIGLISERIDA PADA MINYAK SAWIT MENJADI FATTY ACID
METHYL ESTER (FAME)
beserta perangkat yang ada (jika diperluka). Dengan Hak Bebas Royalti
Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan,
mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database),
merawat, dan memublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama
saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di : Depok
Pada tanggal : 25 Juni 2012
Yang menyatakan
(Dini Asyifa)
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
vi Universitas Indonesia
ABSTRAK
Nama : Dini Asyifa
Program Studi : Teknologi Bioproses
Judul : Immobilisasi Lipase Dari Pseudomonas flourescens dalam
Membran-Mikroreaktor Untuk Transesterifikasi Trigliserida Pada
Minyak Sawit Menjadi Fatty Acid Methyl Ester (FAME)
:
Teknologi mikroreaktor telah menjadi teknologi yang paling menjanjikan dan
paling banyak digunakan dalam berbagai macam penelitian di seluruh dunia,
terutama dalam bidang bioteknolog. Penelitian ini menggunakan konsep
membran-mikroreaktor utnuk reaksi transesterifikasi trigliserida menjadi metil
ester. Konsep ini mengunakan pori-pori membran sebagai mikroreaktor yang
sebelumnya telah dilapisi (tertempel) dengan enzim lipase dari Pseudomonas
flourescens dengan menggunakan metode adsorpsi sederhana yang kemudian
dilanjutkan dengan pemberian tekanan. Waktu yang dibutuhkan untuk
mengimobilisasi enzim adalah 24 jam. Derajat immobilisasi (DI) yang berhasil
didapatkan dengan konsentrasi awal larutan lipase 50 mg/ml adalah 47,98% dan
besaran enzyme loading (EL) adalah sebesar 1,028 gr/m2.
Transesterifikasi trigliserida menjadi metil ester dilakukan dengan melewatkan
feedstock (trigliserida dari minyak kelapa sawit dan metanol) melalui pori-pori
membaran. Produktivitas biokatalitik maksimal adalah sebesar 0,019
mmol/h.mg.lipase. Jika dibandingkan dengan sistem reaktor batch (dengan free
lipase enzyme), productivitas biokatalitik sistem membran-mikroreaktor ini lebih
besar 2,11 kalinya. Berdasarkan kemampuannya dalam menjadikan reaksi
transesterifikasi berjalan lebih cepat, metode ini cukup potensional jika digunakan
untuk produksi biodiesel secara komersial.
Keywords: membran, biokatalitik, membran-mikroreaktor, lipase, immobilisasi,
transesterifikasi, biodiesel, metil ester, enzyme loading, derajat immobilisasi
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
vii Universitas Indonesia
ABSTRACT
Name : Dini Asyifa
Study Program : Teknologi Bioproses
Title : Immobilization Of Lipase In Membrane-microreactor For
Transesterification Of Tryglicerides In Palm Oil To Fatty Acid
Methyl Esters (FAME)
:
Microreactor technologies have become the most promising and widely used
technology in so many research all over the world, especially in biotechnology
field. This study used membrane-microreactor concept for transesterification
reaction of triglycerides to methyl esters. This concept was utilizing pores in
membrane as a kind of microreactor that had previously coated with lipase from
Pseudomonas flourescens by using a simple adsorptoin method and followed with
pressure driven ultrafiltration. The adsorption time taken to immobilized lipase in
membran area was 24 hours. With the initial concentration of lipase solution of 50
mg/ml, degree of immobilization measured is 47,98% and the amount of enzyme
loading measured is 1,028 gr/m2.
Transesterification of triglycerides to methyl esters was carried out by passing the
feedstock (triglycerides from crude palm oil and methanol) through membrane
pores. The maximum biocatalytic productivity of membrane-microreactor was
approximately 0,019 mmol/h.mg.lipase. To be compared with reactor batch
system (without immobilizing lipase in any matrix/ free lipase enzyme), the
biocatalityc production of this membrane-microreactor system was 2,11 times
greater than those of free lipase. As its ability to allow the transesterification
reaction carried out much faster, this method is potential enough to be used in
transesterification of triglycerides for commercial biodiesel/ methyl ester
production.
Keywords: membrane, biocatalytic, membrane-microreactor, lipase,
immobilization, transesterfication, biodiesel, methyl este, degree of
immobilization, enzyme loading
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
viii Universitas Indonesia
DAFTAR ISI
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ................................................................. i
HALAMAN PENGESAHAN............................................................................................. ii
KATA PENGANTAR ....................................................................................................... iii
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN ................................................................ v
PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS .......................... v
ABSTRAK ..........................................................................................................................vi
ABSTRACT ....................................................................................................................... vii
DAFTAR ISI ..................................................................................................................... viii
DAFTAR TABEL ............................................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................... xi
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang .................................................................................................... 1
1.2. Rumusan Masalah ............................................................................................... 5
1.3. Tujuan Penelitian ................................................................................................ 5
1.4. Batasan Masalah ................................................................................................. 6
1.5. Sistematika Penulisan ......................................................................................... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................................ 8
2.1. Biodiesel ............................................................................................................. 8
2.1.1. Potensi Biodiesel di Indonesia .................................................................. 11
2.1.2. Bahan Baku Biodiesel ............................................................................... 12
2.1.3. Produksi Biodiesel .................................................................................... 13
2.2. Katalis Enzim .................................................................................................... 16
2.2.1. Lipase ........................................................................................................ 18
2.2.2. Metode Immobilisasi Enzim ..................................................................... 20
2.3. Teknologi Membran-Mikroreaktor ................................................................... 23
2.4. State of The Art ................................................................................................. 26
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ......................................................................... 29
3.1 Diagram Alir Penelitian .......................................................................................... 29
3.2 Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................................. 30
3.3 Desain Penelitian .................................................................................................... 30
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
ix Universitas Indonesia
3.3.1 Kurva Standar Protein dengan Metode Lowry ................................................. 30
3.3.2 Immobilisasi Stasioner ..................................................................................... 31
3.3.3 Sintesis biodiesel dan Analisis GC-MS ........................................................... 31
3.3 Alat dan Bahan ........................................................................................................ 31
3.3.1 Alat ................................................................................................................... 31
3.3.2 Bahan ............................................................................................................... 32
3.4 Prosedur Penilitian .................................................................................................. 33
3.4.1. Pembuatan Kurva Kalibrasi Protein Standar ............................................. 33
3.4.2. Preparasi Larutan Lipase ........................................................................... 35
3.4.3. Immobilisasi Enzim Lipase ....................................................................... 35
3.4.4. Sintesis Metil Ester ................................................................................... 40
3.4.5. Metode Analisis ........................................................................................ 41
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................................... 43
4.1. Hasil Immobilisasi Enzim ................................................................................. 43
4.2. Produktivitas Biokatalitik (Pcat) Pada Sistem Membran-mikroreaktor Dengan
Enzim Lipase Terimmobilisasi Dibandingakan Dengan (Pcat) Sistem Reaktor Batch
dengan Lipase Mobile ................................................................................................... 44
4.3. Pengaruh Rasio mol Trigliserida:Metanol pada Produktivitas Biokatalitik
Lipase Terimmobilisasi pada Membran-mikroreaktor .................................................. 46
4.4. Pengaruh Temperatur Terhadap Produktivitas Biokatalitik Lipase
Terimmobilisasi pada Membran-mikroreaktor ............................................................. 48
4.5. Distribusi Enzim ............................................................................................... 48
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................ 50
5.1 Kesimpulan ............................................................................................................. 50
5.2 Saran ....................................................................................................................... 50
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................................... 52
LAMPIRAN ...................................................................................................................... 57
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
x Universitas Indonesia
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1. Data cadangan terbukti minyak bumi di Indonesia tahun 2004-2011
(Ditjen MIGAS: www.migas.esdm.co.id) .............................................................. 1
Tabel 1.2. Data Produksi minyak Bumi di Indonesia Tahun 2004-2011 (Ditjen
MIGAS: www.migas.esdm.go.id) ........................................................................... 2
Tabel 2.1. Spesifikasi biodiesel berdasarkan Standar Nasional Indonesia (SNI 04-
7182-2006) .............................................................................................................. 9
Tabel 2.2. Perbandingan biodiesel dan solar (www.bexi.co.id) ........................... 10
Tabel 2.3. Perbandingan emisi biodiesel dan solar (www.bexi.com) ................... 11
Tabel 2.4. Kandungan asam lemak pada minyak kelapa sawit (Preeti et al., 2007)
............................................................................................................................... 13
Tabel 2.5. Perbandingan berbagai jenis katalis ..................................................... 17
Tabel 2.6. State of The Art penelitian produksi biodiesel/metil ester ................... 28
Tabel 3.1.Desain eksperimen kurva standar protein ............................................. 30
Tabel 3.2. Desain eksperimen immobilisasi stasioner .......................................... 31
Tabel 3.3. Data eksperimen pengolahan data hasil GC-MS ................................. 31
Tabel 3.4. Alat-Alat Yang Digunakan .................................................................. 32
Tabel 3.5. Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ................................... 32
Tabel 3.6. Sepuluh deret konsentrasi untuk pembuatan kurva kalibrasi protein
standar ................................................................................................................... 34
Tabel 4.1. Hasil immobilisasi enzim lipase AK ................................................... 44
Tabel 4.2. Pcat untuk masing-masing sistem reaksi ............................................. 46
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
xi Universitas Indonesia
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Proses Reaksi Transesterifikasi Trigliserida Dengan Metanol (Zhang
et al., 2003) ............................................................................................................ 14
Gambar 2.2. Perbandingan Energi Aktivasi Dengan Dan Tanpa Enzim
(http://en.wikipedia.org/)....................................................................................... 16
Gambar 2.3. Klasifikasi immobilisasi enzim. (A) Metode carrier-bindingi, (B)
Metode cross-linking, (C) Metode entrapping (Sato et al., 2002) ........................ 20
Gambar 2.4. Enzim Terikat pada Solid Support (www.rpi.edu) ........................... 21
Gambar 2.5. Ikatan antara enzim dengan support pada metode carrier-binding (A)
adsorpsi fisik, (B) ikatan ionik, (C) ikatan kovalen (Brena and Batista-Viera,
2006) ..................................................................................................................... 22
Gambar 2.6. Prinsip dasar produksi biodiesel dengan membran-mikroreaktor .... 24
Gambar 2. 7. Mekanisme Ping Pong Bi Bi oleh Candida antartica(Suan 2005) . 25
Gambar 3.1. Diagaram alir penelitian ................................................................... 29
Gambar 3.2. Susunan alat untuk melarutkan lipase pada phosphate buffer ......... 35
Gambar 3.3.Susunan alat pada tahap pencucian membran ................................... 36
Gambar 3.4. Lapisan halus dan kasar pada membran PES 300 kDa .................... 37
Gambar 3.5. Susunan alat pada immobilisasi enzim lipase secara stasioner ........ 38
Gambar 3.6. Susunan alat saat ultrafiltrasi ........................................................... 38
Gambar 3.7. Susunan alat saat pembilasan membran ........................................... 38
Gambar 3.8. Susunan alat untuk sintesis metil ester ............................................. 41
Gambar 4.1. Grafik Pcat Membran-mikroreaktor dengan lipase terimmobilisasi vs
reaktor batch dengan lipase mobile untuk metil palmitat ..................................... 45
Gambar 4.2. Produktivitas biokatalitik membran-mikroreaktor dengan lipase
terimmobilisasi vs reaktor batch dengan free enzyme lipase untuk metil oleat .... 45
Gambar 4.3. Grafik Pengaruh rasio mol trigliserida : metanol terhadap
produktivitas biokatalitik membran-mikroreaktor ................................................ 47
Gambar 4.4. Pengaruh temperatur pada produktivitas membran-mikroreaktor ... 48
Gambar 4.5. Membran PES 300 kDa .................................................................... 49
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
1 Universitas Indonesia
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Seiring dengan pertumbuhan ekonomi dan gencarnya kegiatan pembangunan
di Indonesia, konsumsi dan kebutuhan bahan bakar minyak turut mengalami
peningkatan yang sangat pesat. Sumberdaya energi minyak dan gas menjadi
andalan utama perekenomian negara baik secara langsung maupun tak langsung
sebagai penyumbang terbesar devisa hasil ekspor kepada negara (Haryanto, 2002).
Ketergantungan Indonesia terhadap bahan bakar minyak terutama bahan bakar
berbasis fosil dapat dikatakan sangat besar terutama pada sektor transportasi dan
industri. Sekitar 52.5% pemakaian energi di Indonesia berasal dari minyak bumi,
21.5% batubara, gas bumi 19%, air 3.7% dan panas bumi 3% (Hambali et al.,
2007).
Tingginya angka kebutuhan dan konsumsi bahan bakar minyak dalam negeri
tidak sejalan dengan penurunan produksi minyak bumi yang disebabkan oleh
berkurangnya cadangan terbukti minyak bumi akibat sulit didapatkannya
cadangan minyak bumi yang potensial. Berikut adalah tabel yang menunjukan
data pengurangan angka cadangan dan produksi minyak bumi di Indonesia mulai
tahun 2004 hingga tahun 2011:
Tabel 1.1. Data cadangan terbukti minyak bumi di Indonesia tahun 2004-2011 (Ditjen
MIGAS: www.migas.esdm.co.id)
Tahun Terbukti Potensial Total
2004 4.3 4.31 8.61
2005 4.19 4.44 8.63
2006 4.37 4.56 8.96
2007 3.99 4.41 8.4
2008 3.75 4.47 8.22
2009 4.3 3.7 8
2010 4.23 3.53 7.76
2011 4.04 3.69 7.73
*)Keterangan: Milyar Barel
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
2
Universitas Indonesia
Tabel 1.2. Data Produksi minyak Bumi di Indonesia Tahun 2004-2011 (Ditjen MIGAS:
www.migas.esdm.go.id)
Tahun Minyak
Bumi Kondensat Total
2004 353.945 46.541 400.496
2005 341.203 46.450 387.654
2006 322.350 44.699 367.050
2007 305.137 43.211 348.348
2008 312.484 45.016 357.500
2009 301.663 44.650 346.313
2010 300.872 43.965 344.836
2011 289.445 40.150 329.595
Tabel 1.1. di atas menjabarkan penurunan jumlah cadangan terbukti minyak bumi
di Indonesia dari tahun 2004 dengan jumlah 8.61 milyar barel menjadi 7.73 milyar
barel pada tahun 20011. Sedangkan Tabel 1.2. menguraikan data penurunan
produksi minyak bumi di Indonesia hingga mencapai 329.595 ribu barel/hari dari
sebelumnya pada tahun 2004 sejumlah 400,496 ribu barel/hari pada tahun 2004,
yakni sekitar 17,7% penurunan produksi harian minyak bumi.
Selain masalah tersebut di atas, masalah lingkungan yang disebabkan oleh
bahan bakar minyak berbasis fosil juga merupakan masalah yang cukup serius.
Pembakaran sumber energi fosil (misalnya: minyak bumi, batu bara) juga
melepaskan gas-gas, antara lain karbon diokasida (CO2), nitrogen oksida (NOx),
dan sulfur dioksida (SO2) yang menyebabkan pencemaran udara seperti hujan
asam, smog dan pemanasan global). Peningkatan konsentrasi CO2 terutama
disebabkan oleh penggunaan bahan bakar fosil serta alih fungsi hutan menjadi
lahan ekonomis (Utomo, 2007).
Beberapa masalah yang disebutkan di atas, telah melahirkan pemikiran
baru guna mencari alternatif yang tepat untuk mengatasi masalah-masalah tersebut.
Biodiesel sebagai pengganti bahan bakar solar merupakan salah satu solusi yang
di percaya dapat mengatasi masalah tersebut. Di Indonesia, produksi biodiesel
memiliki potensi yang sangat besar mengingat Indonesia memiliki potensi alam
yang dapat digunakan sebagai bahan baku biodiesel, seperti minyak kedelai,
minyak jarak, minyak zaitun, minyak kelapa sawit dan minyak sayuran lainnya
*)Keterangan: Ribu Barel/hari
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
3
Universitas Indonesia
dalam jumlah yang tidak sedikit. Terutama untuk minyak kelapa sawit,
penyebaran area lahan yang berpotensi untuk pengembangan kelapa sawit di
Indonesia tersebar di wilayah NAD (454.468 ha), Sumatera Utara (285.652 ha),
Sumatera Barat (47.796 ha), Riau (1.557.863 ha), Jambi (511.433 ha), Sumatera
Selatan (1.350.275 ha), Kalimantan Barat (1.252.371 ha), Kalimantan Tengah
(1.401.236 ha), Kalimantan Timur (2.830.015 ha), Kalimantan Selatan (965.544
ha), Irian Jaya (1.511.276 ha), dan Sulawesi Tengah (215.728 ha). Dan,
produkstivitas minyak kelapa sawit baik dari perkebunan negara, perkebunan
rakyat maupun swasta pada tahun 2004 masing-masing meningkat dari 4.79, 3.18
dan 3.21 ton CPO/ha/tahun tahun menjadi secara berturut-turut 5.23, 3.69 dan
3.28 ton CPO/ha/tahun pada tahun 2008 (Goenadi, 2005).
Biodiesel didefinisikan sebagai (mono alkyl esters, baik metil ataupun etil
ester) dari rantai panjang asam lemak yang diperoleh dari minyak sayur-sayuran
atau lemak hewan, terbentuk dari hasil transesterifikasi minyak sayur-sayuran
dengan metanol ataupun etanol (Al-Zuhair, 2007). Kelebihan dari biodiesel jika
dibandingkan dengan bahan bakar mesin diesel lainnya diantaranya, biodiesel
tidak beracun dan dapat dibiodegradasi, mempunyai angka setan yang tinggi,
mampu mengurangi emisi karbon monoksida, hidrokarbon dan NOx, serta tersedia
dalam fase cair (Haryanto, 2002). Selain itu biodiesel dapat langsung digunakan
pada hampir setiap mesin diesel tanpa harus melakukan banyak modifikasi dari
mesin itu sendiri.
Produksi biodiesel secara umum dilakukan dengan transesterifikasi, atau
disebut juga alkoholis atau metanolis yaitu proses penggantian alkohol ester
(gliserol) dengan alkohol. Alkoholis lemak umumnya menggunkan alkohol rantai
pendek dengan katalis kimia (asam atau basa) atau biokatalis (enzimatik).
Penggunaan katalis kimia dalam proses produksi biodiesel ternyata memiliki
beberapa kelemahan daiantaranya, memerlukan kemurnian bahan baku yang
tinggi (kadar asam lemak bebas kurang dari 2%), dapat menghasilkan limbah cair,
biaya pemurnian produk yang dapat dikatakan tidak sedikit karena dengan
penggunaan katalis kimia ini diperlukan pemisahan lebih lanjut setelah setelah
proses produksi selesai dilakukan.
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
4
Universitas Indonesia
Katalis enzim dengan segala kelebihan yang dimilikinya, diataranya:
bersifat spesifik (sehingga pembuatan produk samping dapat dihindari), hanya
diperlukan kondisi temperatur dan tekanan yang rendah dalam proses reaksi
(berpengaruh pada pengurangan biaya produksi terutama utilitas), proses
pemisahan gliserol dapat dilakukan dalam satu kali tahap serta sifatnya yang
ramah lingkungan (Sembiring and Komalasari, 2009) diyakini dapat mengatasi
masalah-masalah dalam penggunaan katalis kimia.
Katalis enzim dengan segala kelebihannya, ternyata juga memiliki
kelemahan dalam penggunaannya untuk produksi biodiesel, kelarutan alkohol
rantai pendek, seperti metanol, dengan minyak adalah kecil dan keberadaannya
mendorong terjadinya deaktivasi enzim (Shimada et al., 1999), kelarutan gliserol
yang kecil pada metanol menyebabkan gliserol yang terbentuk dapat melapisi
enzim sehinga menurunkan aktivitas enzim (Dossat et al., 1999) serta biaya
pengadaan enzim tinggi sehingga menyebabkan proses ini kurang ekonomis.
Untuk itu diperlukan suatu metode guna mengatasi masalah di atas. Metode
immobilisasi enzim dengan bantuan support sebagai media pembantu, dapat
menahan enzim dalam struktur molekulnya, sehingga diharapkan enzim dapat
digunakan kembali untuk dapat menekan biaya produksi reaksi enzimatis.
Immobilisasi enzim pada media berpori dapat berguna untuk mencegah inaktivasi
enzim dan meningkatkan stabilitas kerja dari enzim (Mateo et al., 2007).
Dalam (Zhao et al., 2006), membran disebut sebagai salah satu contoh
media berpori yang dapat digunakan untuk immobilisasi enzim. Beberapa
penelitian mengenai penggunaan membran dalam immobilisasi enzim telah
dilakukan (Tanigaki et al., 1993); (Giorno et al., 2000); (Lozano et al., 2004).
Dalam penelitian yang telah dilakukan tersebut, disebutan bahwa membran
memiliki kelebihan utama diantaranya adalah reaksi enzimatis dapat dilakukan
secara terus-menerus, katalis dapat digunakan kembali, mengurangi inhibisi
substrat ataupun produk, kontrol ketat produk yang akan dihasilkan (kerja enzim
yang spesifik), kemudian reaksi dan pemisahan dapat dilakukan dengan sekali
tahap (single step).
Ide tentang menggunaan pori-pori membran sebagai mikroreaktor telah
diperkenalkan oleh (Rios et al., 2004). Dengan metode immobilisasi enzim pada
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
5
Universitas Indonesia
membran dan penggunaan pori-pori membran sebagai mikroreaktor untuk
berlangsungnya transesterifikasi diharapkan dapat mengatasi masalah tingginya
biaya pengadaan bahan dan biaya produksi biodiesel guna mengetahui lebih lanjut
mengenai penentuan kondisi optimum yang diperlukan untuk memproduksi metil
ester atau biodiesel.
1.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang terurai di atas, maka rumusan masalah
dalam penelitian ini adalah:
1. Berapakah besaran derajat immobilisasi dan enzim loading yang dapat
diperoleh yang berhasil tertempel pada permukaan membran support melalui
proses immobilisasi adsorpsi-bertekanan?
2. Bagaimanakah perbandingan antara Pcat yang yang dimiliki oleh sistem
membran-mikroreaktor dengan lipase terimmobilisasi jika dibandingan
dengan Pcat yang dimiliki oleh reaktor batch dengan lipase mobile?
3. Bagaimanakah pengaruh temperatur dan perbandingan trigliserida : metanol
terhadap produktivitas enzim lipase terimmobilisasi pada sistem membran-
mikroreaktor?
4. Bagaimanakah distibusi enzim lipase pada membran?
1.3. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mendapatkan besaran derajat immobilisasi dan enzim loading yang
berhasil tertempel pada permukaan membran support melalui proses
immobilisasi adsorpsi-bertekanan.
2. Mengetahui perbandingan antara Pcat yang yang dimiliki oleh sistem
membran-mikroreaktor dengan lipase terimmobilisasi jika dibandingan
dengan Pcat yang dimiliki oleh reaktor batch dengan lipase mobile.
3. Mengetahui pengaruh temperatur dan perbandingan trigliserida : metanol
terhadap produktivitas enzim lipase terimmobilisasi pada sistem
membran-mikroreaktor.
4. Mengetahui distibusi enzim lipase yang tertembel pada membran.
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
6
Universitas Indonesia
1.4. Batasan Masalah
Yang menjadi batasan masalah dalam penelitian ini adalah:
1. Enzim lipase yang digunakan untuk proses immobilisasi dan sintesis adalah
lipase dari pseudomonas florescens yang didatangkan dari Amano Enzyme
(Nagoya, Jepang).
2. Pada penelitian paralel oleh Florensia Indan Stepani akan dilakukan dengan
menggunakan enzim lipase Bukholderia cepacia sebagai pembanding hasil
produksi biodiesel jika dibandingkan dengan pseudomonas flourescens.
3. Substrat yang digunakan untuk mensintesis biodiesel adalah minyak goreng
kelapa sawit bermerek Bimoli.
4. Jenis membran yang digunakan adalah membran polyethersulfone (PES)
ukuran 300 kDa.
1.5. Sistematika Penulisan
Penulisan dalam skripsi ini disusun dengan sistematika penulisan sebagai
berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan
penelitian, batasan masalah dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi tentang prinsip dasar ilmu yang berkaitan dengan
penelitian. Membahas tentang mekanisme sintesis biodiesel, enzim lipase, reaksi
yang terbentuk dan perlakuan enzim yang terimmobilisasi.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisi penjelasan diagram alir penelitian, bahan dan alat yang
digunakan dalam penelitian, desain penelitian beserta prosedus yang dilakukan
pada percobaan yakni uji aktivitas lipase, uji stabilitas lipase telah diimmobilisasi
dengan membran.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi tentang pengolahan data, pembahasan hasil dan analisa-
analisa terhadap hasil penelitian yang telah dilakukan.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
7
Universitas Indonesia
Bab ini berisi tentang kesimpulan penelitian secara keseluruhan serta
saran yang diperlukan untuk kelanjutan penelitian dan perkembangan penelitian
berikutnya.
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
8 Universitas Indonesia
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Biodiesel
Biodiesel adalah bahan bakar alternatif untuk mesin diesel yang
belakangan ini mendapatkan perhatian di seluruh dunia setelah mencapai tingkat
kesuksesan yang cukup tinggi di negara-negara Eropa. Kelebihan yang paling
utama dari biodiesel adalah biodiesel merupakan salah satu dari beberapa bahan
bakar terbaharui yang tersedia saat ini, yang juga diperkuat dengan kenyataan lain
bahwa bahan bakar ini tidak beracun dan biodegradable. Biodiesel dapat
digunakan secara langsung pada hampir semua mesin diesel tanpa
membutuhakan banyak modifikasi dari mesin itu sendiri.
Biodiesel mulai diteliti karena kesadaran manusia yang semakin akan
pencemaran yang ditimbulkan oleh bahan bakar konvensional (bahan bakar fosil)
serta persediaan minyak bumi yang terus menipis. Sebagai bahan bakar yang
dapat diperbaharui, biodisel mempunyai keuntungan, salahsatunya adalah
biodiesel mudah digunakan (memerlukan hanya sedikit atau bahkan tidak
memerlukan sama sekali modifikasi dari mesin diesel yang telah ada), selain itu
bahan bakar ini dapat diurai alam secara alamiah serta dapat diproduksi secara
domestik dari hasil pertanian.
Bahan bakar biodiesel ini terdiri dari monoalkil ester yang dapat terbakar
bersih, yang juga dikenal sebagai B100, yang menunjukan bahwa biodiesel murni
100% terdiri dari mono-alkil ester (Tahar and Adrisman, 2005). Jika dibandingkan
dengan bahan bakar solar, biodisel dapat menghasilkan jumlah power dan torsi
yang sama dengan minyak solar dalam jumlah yang sama dan juga biodiesel
memiliki efek pelumasan yang lebih baik jika dibandingkan dengan solar.
Biodisel juga sesuai dengan komponen mesin diesel, dan yang tidak kalah
pentingnya adalah bahwa emisi gas buang yang dihasilkan oleh biodiesel ternyata
juga lebih aman dalam beberapa hal bila dibandingkan dengan menggunakan
bahan bakar fosil. Tabel 2.1. memaparkan karakteristik biodiesel berdasarkan
Standar Nasional Indonesia :
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
9
Universitas Indonesia
Tabel 2.1. Spesifikasi biodiesel berdasarkan Standar Nasional Indonesia (SNI 04-7182-2006)
Karakteristik Metode Batasan Unit
Min. Maks.
Viskositas (40o) ASTM D 445 2.3 6.0 mm
2/s (cst)
Densitas (40o) ASTM D 1298 850 890 kg/m
3
Cetane Number ASMTD 613 51 - -
Coper Strip Corrosion ( 3
jam, 50°C)
ASTM D 130 - 3 %wt
Carbon Residu
- Sample
- 10% dist. residu
ASTM D 4530 0,005 0,3 %wt
Air dan sedimen ASTM D 2709 atau
ASTM D 1160
- 0.05 %vol
Temperatur destilasi, 90%
recovered
ASTM D 1160 - 360 %wt
Sulfated ash ASTM D 874 - 0.02 oC
Sulfur ASTM D 5453 atau
ASTM D 1266
- 100 ppm
Phosphorous content AOCS Ca 14 – 56 atau
ASTM D 6584
- 10 ppm
Bilangan asam (NA) AOCS Cd 3 – 36 atau
ASTM D 664
- 0.8 Mg-KOH/g
Free Gliserin AOCS Ca 14 – 56 atau
ASTM D 6584
- 0,02 %wt
Total Gliserin (Gtot) AOCS Ca 14 – 56 atau
ASTM D 6584
- 0,24 %wt
Kandungan Ester AOCS Cd 1 - 25 96.5 - %wt
Bilangan iod AOCS Cd 1 - 25 - 115 % mass (g
I2/100 g)
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
10
Universitas Indonesia
Dalam (Knothe et al., 2005), dinyatakan beberapa kelebihan yang dimiliki
oleh biodiesel, diantaranya adalah sebagai berikut :
1. Terbuat dari bahan alam sehingga dapat dengan mudah didegradasi.
2. Tidak beracun.
3. Memiliki angka setana yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan solar.
4. Asap buangan dari biodiesel tidak berbahaya, karena tidak mengandung
sulfur dan senyawa aromatik sehingga asap buangan dari biodiesel ramah
lingkungan, serta hasil pembakarannya hanya menghasilkan emisi CO2
dan NOx yang sedikit.
5. Biodiesel memberikan efek pelumasan yang lebih baik jika dibandingakan
dengan bahan bakar diesel konvensional.
6. Mempunyai flash point yang cukup tinggi sehingga aman dalam
penyimpanan.
Pada Tabel 2.2. dan Tabel 2.3. secara berturut-turut dijabarkan beberapa
perbandingan sifat fisika-kimia biodiesel serta perbandingan emisi yang
dihasilkan oleh biodiesel jika dibandingan dengan solar (petrodiesel):
Tabel 2. 2. Perbandingan biodiesel dan solar (www.bexi.co.id)
Fisika-Kimia Biodiesel Solar (Petrodiesel)
Kelembaban % 0,1 0,1
Engine power Energi yang dihasilkan 128.000
BTU
Energi yang dihasilkan
130.000 BTU
Engine torque Sama Sama
Modifikasi engine Tidak diperlukan -
Konsumsi bahan bakar Sama Sama
Lubrikasi Lebih tinggi Lebih rendah
Emisi Co rendah, total hidrokarbon,
sulfur diaoksida dan nitroksida.
Co tinggi total hidrokarbon
sulfur dioksida dan nitroksida.
Penanganan Flamable lebih rendah Flamable lebih tinggi
Lingkungan Toxisitas rendah Toxisitas lebih tinggi
Keberadaan Terbarukan (renewable) Tak terbarukan
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
11
Universitas Indonesia
Tabel 2.3. Perbandingan emisi biodiesel dan solar (www.bexi.com)
Emisi Satuan Biodiesel Petrodiesel
(Solar) Perbedaan
SO2 ppm 0 78 -100
CO ppm 10 40 -75
NO ppm 37 64 -42
NO2 ppm 1 1 0
O2 %-b 6 6,6 -9
Total partikulat Mg/Nm3 0,25 5,6 -96
Benzen Mg/Nm3 0,3 5,01 -99,9
Toulene Mg/Nm3 0,57 2,31 -99,9
Xylene Mg/Nm3 0,73 1,57 -99,9
Etilbenzen Mg/Nm3 0,3 0,73 -59
Sifat fisika-kimia yang dimiliki oleh biodiesel secara garis besar memiliki
kesamaan, namun ada pula sedikit perbedaan yang dimiliki oleh keduanya. Untuk
jumlah emisi yang dihasilkan terlihat perbedaan yang cukup besar. Berdasarkan
Tabel 5, emisi gas buang yang dihasilkan oleh biodiesel umumnya jauh lebih kecil
jika dibandingkan dengan bahan bakar diesel konvensional (diesel).
2.1.1. Potensi Biodiesel di Indonesia
Salah satu bahan baku untuk produksi biodiesel adalah minyak nabati.
Minyak kelapa sawit contohnya, minyak ini merupakan salah satu bahan baku
biodiesel yang sangat berpotensi untuk dikembangkan di Indonesia yang
merupakan negara penghasil CPO terbesar dunia. Penyebaran area lahan yang
berpotensi untuk pengembangan kelapa sawit di Indonesia tersebar hampir di
berbagai wilayah di Indonesia, diantaranya di wilayah NAD (454.468 ha),
Sumatera Utara (285.652 ha), Sumatera Barat (47.796 ha), Riau (1.557.863 ha),
Jambi (511.433 ha), Sumatera Selatan (1.350.275 ha), Kalimantan Barat
(1.252.371 ha), Kalimantan Tengah (1.401.236 ha), Kalimantan Timur (2.830.015
ha), Kalimantan Selatan (965.544 ha), Irian Jaya (1.511.276 ha), dan Sulawesi
Tengah (215.728 ha). Dan, produkstivitas minyak kelapa sawit baik dari
perkebunan negara, perkebunan rakyat maupun swasta pada tahun 2004 masing-
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
12
Universitas Indonesia
masing meningkat dari 4.79, 3.18 dan 3.21 ton CPO/ha/tahun tahun menjadi
secara berturut-turut 5.23, 3.69 dan 3.28 ton CPO/ha/tahun pada tahun 2008
(Goenadi, 2005).
Tujuan utama dari pemanfaatan bahan baku minyak kelapa sawit adalah
bagaimana kita dapat memanfaatkan sumber yang melimpah di Indonesia agar
dapat menjadi lebih bermanfaat. Jika hal ini dilaksanakan maka dapat
mengendalikan produksi sawit di saat panen besar, selain itu dapat mengurangi
impor minyak diesel yang menyita cadangan devisa negara. Berikut adalah
beberapa keuntungan yang dapat diperoleh negara dengan melakukan
pengembangan produksi biodiesel (www.bexi.co.id) :
a. Meringankan pemerintah dalam mengurangi impor migas dalam rangka
memenuhi kebutuhan bahan bakar dalam negeri.
b. Mengembangkan sektor agrobisnis sekaligus memberikan nilai tambah
bagi komoditas minyak kelapa sawit, termasuk pengembangan usaha
undustri yang terkait.
c. Sangan dimungknkan di masa mendatang biodieem menjadi salah satu
komoditi ekspor Indonesia.
2.1.2. Bahan Baku Biodiesel
Salah satu bahan baku untuk produksi biodiesel adalah minyak kelapa
sawit. Minyak kelapa sawit dapat dihasilkan dari inti kelapa sawit yang
dinamakan minyak inti kelapa sawit atau pal kernel dan sebagai hasil samping
adalah bungkil inti kelapa sawit. Kelapa sawit mengandung kurang lebih 80%
perikarp dan 20% buah yang dilapisi kulit yang tipis, kadar minyak dalam
perikarp sebesar 34%-40%.
Minyak kelapa sawit adalah lemak semi padat yang mempunyai komposisi
yang tetap. Layaknya lemak dan minyak pada umumnya, minyak kelapa sawit
terususun atas trigliserida yang merupakan ester dari gliserol dengan tiga molekul
asam lemak. Senyawa trigliserida pada minyak sawit mengandung hidrokarbon,
layaknya minyak bumi, sehingga bila dianalogikan dengan proses pengilangan
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
13
Universitas Indonesia
minyak bumi, maka minyak sawit dapat pula menghasilkan produk-produk
turunan yang dapat dihasilkan dari pengolahan minyak bumi seperti biodiesel,
bensin, minyak tanah, dan pelumas (Wafa, 2009). Berikut adalah komposisi asam
lemak yang dimiliki oleh minyak kelapa sawit, berdasarkan (Preeti et al., 2007) :
Tabel 2.4. Kandungan asam lemak pada minyak kelapa sawit (Preeti et al., 2007)
Asam Lemak Kandungan %
Palmitat C:16 43.45
Stearat C-18 0.8865
Oleat 18:1 40.98
Linolaet 18:2 14.67
Linolenat 18:3 -
Berdasarkan Tabel 2.4. palmitat dan oleat merupakan asam lemak yang paling
banyak terkandung dalam minyak kelapa sawit dengan jumlah yang tidak terlalu
jauh berbeda, yakni palmitat sebanyak 43.45% dan oleat sebanyak 40.49%.
2.1.3. Produksi Biodiesel
Biodiesel dapat diproduksi dengan mereaksikan minyak nabati dengan
alkohol serta tambahan katalis. Proses produksi biodiesel ini disebut
transesterifikasi atau alkoholis. Dalam kimia organik, transesterifikasi
didefinisikan sebagai proses pertukaran gugus alkoksi suatu ester pada senyawa
ester dengan senyawa alkohol yang berbeda. Pada transesterifikasi minyak nabati,
transesterifikasi tersebut merupakan proses menggunakan alkohol (metanol/
etanol) dengan keberadaan katalis, baik asam atau basa, untuk memutuskan secara
kimiawi molekul minyak nabati menjadi metil atau etil ester dari minyak tersebut
dengan gliserol sebagai produk sampingnya. Berikut adalah proses reaksi
tranesterifikasi secara umum:
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
14
Universitas Indonesia
Gambar 2.1. Proses Reaksi Transesterifikasi Trigliserida Dengan Metanol (Zhang et al.,
2003)
Gambar 2.1 di atas ini menjelaskan proses umum transesterifikasi trigliserida
menjadi metil ester. Berdasarkan stoikiometri reaksinya, terlihat bahwa
dibutuhkan tiga mol alkohol untuk bereaksi dengan satu mol trigliserida agar
dihasilkan tiga mol ester dan satu mol gliserol. Pada kenyataannya dalam produksi
biodiesel, kerap kali digunakan jumlah mol alkohol yang sedikit berlebih, dengan
tujuan agar kesetimbangan berjalan ke kanan (ke arah produk).
Dalam proses reaksi transesterifikasi, terdapat beberapa faktor yang
mempengaruhi jalannya reaksi yang juga berpengaruh pada produk yang
dihasilkan, seperti jenis katalis yang digunakan (asam, basa atau biokatalis),
jumlah katalis, temperatur, kecepatan pengadukan, waktu transesterifikasi serta
rasio mol reaktan (minyak nabati : alkohol). Beikut adalah penjelasan singkat
mengenai faktor yang mempengaruhi reaksi tranesterifikasi dalam produksi
biodiesel:
a. Pengaruh Suhu : Laju transesterifikasi sangat dipengaruhi oleh temperatur
reaksi. Dengan suhu kamar, reaksi dapat berjalan dengan sempurna namun
membutuhkan waktu yang lebih lama. Dimana umumnya raksi akan terjadi
pada suhu titik didih metanol (60-70oC) pada tekanan atmoserik. Apabila
reaksi berlangsung pada temperatur sedang, asam bebas dari CPO harus
dihilangkan dengan melakukan perlakuan awal (penghilangan kadar asam),
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
15
Universitas Indonesia
namun tahap ini tidak perlu dilakukan apabila reaksi berlangsung pada
tekanan tinggi (9 kPa) dan temperatur tinggi (240oC). Dimana, pada kedua
kondisi tersebut reaksi transesterifikasi dapat berlangsung spontan (Ma and
Hanna, 1999).
b. Pengaruh Waktu Transesterifikasi : Laju konversi akan meningkat seiring
dengan peningkatan waktu reaksi. Berdasarkan (Freedman et al., 1984),
reaksi transesterifikasi terhadap minyak kacang, minyak bunga matahari, dan
minyak kedelai dengan kondisi rasio metanol terhadap minyak adalah 6:1,
katalis yang digunakan adalah 0,5% natrium metoksida dan suhu 60oC. Pada
1 menit pertama didapatkan rendemen untuk minyak kedelai dan minyak
bunga matahari adalah sebesar 80%. Setelah 1 jam, konversi dari minyak
tersebut hampir sama yaitu 93-98%.
c. Pengaruh Rasio Mol Reaktan : Berdasarkan stoikiometri reaksi terlihat
bahwa dibutuhkan tiga mol alkohol untuk bereaksi dengan satu mol
trigliserida agar dihasilkan tiga mol ester dan satu mol gliserol. Pengguanaan
alkohol berlebih bertujuan agar kesetimbangan dapat bergerak ke arah
kanan (produk) agar produk yang diinginkan dapat dipisahkan dari
campuran yang terbentuk. Konsentrasi metil ester akan bertambah seiring
dengan pertambahan rasio mol metanol/minyak sawit (Supranto, 2002).
d. Pengaruh Residence Time: Residence Time merupakan waktu rata-rata
yang dilewati oleh suatu bahan pada suatu area. Berdasarkan hasil
penelitian yang dilakukan oleh (Shibaki-Kitakawa et al., 2005) dengan laju
alir yang berbeda, laju alir terkecil akan menghasilkan konversi terbesar.
Hal ini disebabkan oleh laju alir yang kecil akan menghasilkan recidence
time yang besar.
e. Pengaruh Katalis : Katalis terbagi menjadi katalis kimia (asam dan basa),
katalis padat, dan katalis enzim. Reaksi transesterifikasi yang dilakukan
dengan menggunakan katalis akan berlangsung lebih cepat jika
dibandingkan dengan katalis asam (Freedman et al., 1984). Namun,
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
16
Universitas Indonesia
apabila gliseria mengandung kandungan asam lemak bebas yang tinggi,
raksi tersebut cocok menggunakan katalis asam (Ma and Hanna, 1999).
2.2. Katalis Enzim
Enzim merupakan katalisator biologis, yang molekulnya tersusun dari
rangkaian asam amino atau pada umumnya disebut juga protein. Sebagai
katalisator enzim mampu meningkatkan laju reaksi kimia, namun enzim tidak
mengalami perubahan kimia. Tenaga katalitik enzim lebih kuat jika dibandingkan
dengan katalis sintetik. Seperti kerja katalis lainnya, enzim bekerja dengan
menurunkan energi aktivasi suatu reaksi sehingga dapat meningkatkan laju reaksi
dengan cepat. Enzim disintesis oleh sel biologi pada semua organisme dan terlibat
dalam reaksi kimiawi yang berhubungan dengan metabolisme dalam tubuh
makhluk hidup. Enzim merupakan kumpulan protein dengan ukuran partikel yang
beragam, dimana struktur proteinnya ditentukan oleh asam amino. Molekul enzim
terdiri dari dua atau lebih rantai peptida yang tersusun dalam struktur kuarterner.
Gambar 2.2. Perbandingan Energi Aktivasi Dengan Dan Tanpa Enzim
(http://en.wikipedia.org/)
Gambar 2.2. di atas menjelaskan perbedaan yang sangat terlihat jelas antara energi
aktivasi dengan dan tanpa penggunaan enzim dalam suatu reaksi.
Pengetahuan dasar mengenai teori kinetik enzim sangat dibutuhkan untuk
memahami mekanisme enzimatik dasar serta untuk menentukan metode yang
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
17
Universitas Indonesia
dapat digunakan dalam menganalisa enzim. Kondisi yang digunakan untuk
mengetahui aktivitas enzim tidak dapat disamakan dengan kondisi yang
digunakan untuk mengetahui konsentrasi dari subtratnya. Beberapa faktor yang
mempengaruhi proses reaksi enzimatik diantranya adalah temperatur, pH,
konsentrasi enzim, konsentrasi substrat dan adanya kehadiran inhibitor ataupun
aktivator. Menurut (Kristensen et al., 2005), penggunaan enzim sebagai katali
memiliki beberapa kelebuhan utama, yakni:
1) Dapat mempercepat reaksi pada suhu dan tekanan ruang.
2) Lebih selektif dan efisien dalam mendapatkan produk.
3) Didapatkan kemurnian dan kualitas produk yang lebih selektif.
4) Tak beracun dan biodegradable karena berasal dari bahan-bahan alami.
Tabel 2.5. di bawah ini membandingkan secara langsung penggunaan
katalis enzim dengan penggunaan katalis lainnya (asam, basa, padat) dalam
produksi biodiesel :
Tabel 2.5. Perbandingan berbagai jenis katalis
Jenis Katalis Kelebihan Kekurangan
Katalis Asam Tidak menghasilkan produk
samping berupa sabun
Mampu mengubah asam lemak
bebas menjadi biodiesel
Reaksi berjalan cepat
Reaksi berjalan lebih lambat
Rasio metanol : trigliserida yang
dibutuhkan lebih besar
Timbul pengotor (mono,di-) gliserida
sebagai hasil reaksi intermediet.
Katalis basa Temperatur reaksi rendah Sistem reaksi harus bebas air agar
tidak terjadi hidrolisis trigliserida
maupun alkil ester menjadi asam
lemak bebas
Maksimum kandungan asam lemak
bebas adalah 2% agar reaksi
penyabunan dapat diminimalisasi.
Diperlukan air dalam jumlah besar
untuk mentralkan produk dari sisa
katalis.
Timbul pengotor (mono,di) gliserida
sebagai hasil reaksi interediet.
Katalis padat Katalis lebih mudah
dipisahkan dengan produk
Katalis dapat digunakan
kembali
Temperatur reaksi tinggi
Katalis enzim Bersifat spesifik sehingga
pembentukan produk samping
dapat dihindari.
Temepratur dan tekanan
Biaya pengadaan enzim tinggi
Kelarutan alkohol rantai pendek,
seperti metanol dengan minyak
adalah kecil dan keberadaannya
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
18
Universitas Indonesia
rendah untuk
menyelenggarakan proses
reaksi mengurangi biaya
produksi untuk menyediakan
utilitas.
Lebih ramah lingkungan
Lebih mudah merecovery
gliserol hasil reaksi atau
menggunakannya untuk bahan
produksi 1,3 PDO karena
limbah gliserol tidak dikotori
katalis basa.
mendororng terjadinya deaktivasi
enzim (Shimada et al., 1999).
Kelaruran gliserol yang terbentuk
dapat melapisi enzim sehingga
menurunkan aktivitas enzim (Dossat
et al., 1999).
Tanpa katalis Trigliserida dan asam lemak
bebas direaksikan pada laju
ekuivalen.
Fasa homogen menghilangkan
masalah difusivitas
Proses dapat menoleransi
kadar air dalam jumlah tinggi.
Tidak perlu unit pemisahan
katalis
Jika rasio metanol : minyak
tinggi reaksi dapat berlangsng
hanya beberapa menit.
Proses dioperasikan pada tekanan
sangat tinggi.
Temperatur tinggi mengakibatkan
dibutuhkan biaya tinggi untuk
pemanasan dan pendinginan
Tingginya rasio metanol : minyak
(biasanya di set pada 4:2)
mengakibatkan tingginya biaya pada
evaporasi metanol sisa.
Unit pencucuian gliserol tetap
dibutuhkan.
Terlihat jelas pada Tabel 2.5. di atas bahwa katalis enzim dengan segala
kelebihannya seperti yang tertera pada (Sembiring and Komalasari, 2009),
diyakini dapat mengatasi masalah-masalah dalam penggunaan katalis kimia,
terutama untuk mengatasi masalah pemurnian biodiesel. Namun, dengan segala
kelebihan yang dimiliki oleh katalis enzim ini, ternyata masih terdapat beberapa
kendala, baik dari segi biaya pengadaan barang serta kestabilan yang dimiliki oleh
katalis enzim.
2.2.1. Lipase
Lipase dikenal dengan trigliserida ester hidrolase dengn penamaan enzim
EC 3.1.1.3. lipase merupakan biokatalis yang dapat mengkatalis berbagai macam
reaksi, seperti hidrolisis, esterfikasi, alkoholis, acidolisis dan aminolisis. Saat ini
lipase memiliki banyak banyak potensi dalam berbagai bidang, seperti teknologi
pangan, biomedis, dan industri kimia (Pandey et al., 1999).
Lipase mampu memecah ikatan ester dari trigliserida menjadi asam lemak
bebas, digliserida, monogliserida dan gliserol. Lipase juga dapat mengkatalis
reaksi pembentukan ester pada kondisi dengan kadar air rendah. Meskipun
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
19
Universitas Indonesia
pembentukan ester dapat dilakukan secara kimiawi dengan katalis asam atau basa,
penggunaan teknologi enzim lebih menguntungkan pada kondisi normal (tidak
asam dan tidak basa) dan dapat mengurangi terbentuknya reaksi samping (Hilal et
al., 2005).
Dengan menggunakan lipase sebagai katalis untuk produksi biodiesel,
biokatalis dapat terpisahkan dengan produk secara mudah karena perbedaan fasa
atara reaktan dengan enzim baik dalam kondisi terimmobilisasi maupun pada
kondisi free enzyme (tanpa terimmobilisasi) serta mampu mengarahkan reaksi
secara spesifik tanpa adanya reaksi samping. Beberapa penelitian mengenai
penggunaan lipase pada produksi biodiesel telah banyak dilakukan (Watanabe et
al., 2001); (Machsun, 2011) dan (Pinyaphong, 2011). Sifat yang dimiliki lipase
bergantung terhadap substrat dan asal lipase tersebut. Lipase yang dihasilkan dari
mikroba yang satu akan memiliki aktivitas optimum yang berbeda dari mikroba
yang lainnya. Aktivitas lipase biasanya dipengaruhi oleh faktor pH, suhu, serta
waktu.
Kestabilan lipase sangat bergantung pada derajat keasaman (pH), jika
kondisi faktor ini jauh dari optimum akan menyebabkan inaktivasi, karena
terjadinya kerusakan struktur protein enzim. Kondisi keasaman yang terlalu
rendah mengakibatkan ion H+ akan berikatan dengan –NH2 membentuk NH3
+.
Proses pengikatan tersebut menyebabkan ikatan hidrogen antara atom nitrogen
dengan atom hidrogen terputus, sehingga enzim terdenaturasi. Kondisi pH yang
tinggi mengakibatkan ion –OH berikatan dengan atom hidrogen dan gugus COOh
enzim membentuk H2O. Hal tersebut mengakibatkan rusaknya ikatan antara atom
hidrogen dengan nitrogen atau oksigen, sehingga struktur enzim mengalami
kerusakan.
Faktor suhu juga cukup menentukan kualitas aktivitas enzim lipase
sebagai biokatalis. Kenaikan suhu dalam reaksi enzimatik akan meningkatkan laju
reaksi, sehingga jumlah produk yang dihasilkan meningkat. Kenaikan suhu pada
batas maksimm akan menyebabkan enzim terdenaturasi. Sebagai biokatalis enzim
pada umumnya mempunyai aktivitas optimum pada suhu 30 - 40°C dan mulai
terdenaturasi diatas suhu 45°C. Seperti yang telah dijelaskan pada teori
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
20
Universitas Indonesia
sebelumnya, kekurangan katalis ini adalah harganya yang relatif mahal dan
sulitnya merecovery terutama pada media cair.
2.2.2. Metode Immobilisasi Enzim
Immobilisasi enzim diartikan sebagai penempatan biokatalis (enzim)
secara spesifik pada suatu matrik pada (support) secara fisik, sehingga dapat
digunakan secara berulang-ulang tanpa menghilangkan aktivitas katalitik yang
dimilikinya. Ada beberapa alasan, mengapa diperlukannya teknologi immobilisasi
enzim dalam suatu reaksi, dua di antaranya yang paling penting adalah 1)
memudahkan dalam pemisahan antara enzim dengan produk, dan 2) penggunaan
kembali enzim untuk menghemat biaya pengadaan enzim. Mudahnya pemisahan
antara enzim dengan produk akan memberikan nilai tambah pada aplikasi enzim
dalam teknologi efisiensi reaksi. Selain itu, penggunaan enzim yang dapat
dilakukan berulang-ulang secara kontinyu akan memperkecil biaya produksi suatu
produk.
Berdasarkan (Sato et al., 2002), metode dalam immobilisasi enzim secara
umum diklasifikasikan dalam 3 kategori, yakni:
1. Metode carrier-binding
2. Metode cross-linking
3. Metode entrapping
Secara sistematik, ketiga metode tersebut dipaparkan pada Gambar 2.3. di bawah
ini:
Gambar 2.3. Klasifikasi immobilisasi enzim. (A) Metode carrier-bindingi, (B) Metode cross-
linking, (C) Metode entrapping (Sato et al., 2002)
A B
C
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
21
Universitas Indonesia
Metode carrier-binding, merupakan teknik yang telah lama digunakan
untuk mengimobilisasi enzim. Pada metode ini, enzim akan terikat pada suatu
matrik yang tidak terlarut di dalam air (polisakarida dan polimer sintetik). Dalam
metode ini, jumlah enzim enzim yang terikat pada support dan aktivitas enzim
setelah immobilisasi sangat bergantung pada sifat dasar dari matrik itu sendiri.
Gambar 2.4. Enzim Terikat pada Solid Support (www.rpi.edu)
Gambar 2.4. di atas menjelaskan bagaimana enzim terikat pada suatu matrik.
Pemilihan matrik atau support dalam metode ini dibedakan berdasarkan sifat
dasar dari enzim itu sendiri, diantaranya: 1) ukuran partikel, 2) area permukaan, 3)
rasio molar antara grup hidrofilik dan hidrofobik. Berdasarkan jenis pengikatan
enzimnya, metode carrier-binding terbagi menjadi 3 sub-klasifikasi, yakni:
1. Adsorpsi fisik : teknik ini merupakan teknik yang paling sederhana dan
salah satu metode yang cukup baik di pilih untuk immobilisasi enzim
karena terbukti tidak merubah aktivitas enzim yang terikat. Prinsip dasar
dari teknik ini adalah interaksi gaya tarik menarik Van der Waals yang
terjadi antara enzim dan support. Dengan begitu, enzim akan lebih mudah
menjangkau media reaksi selama digunakan. Kesetimbangan dinamis
antara enzim yang teradsorpsi dengan support biasanya disebabkan oleh
pH dan kekuatan ionik dari media sekitar.
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
22
Universitas Indonesia
2. Ikatan ionik : pada teknik ikatan ionik ini, terjadi ikatan ion antara enzim
dengan support yang tidak terlarut dalam air. Metode ini cukup sederhana,
namun cukup sulit untuk mendapatkan kondisi dimana enzim dapat
dengan kuat terikat dan aktif sepenuhnya.
3. Ikatan kovalen : pada teknik ini, enzim akan secara kovalen terikat pada
support melalui suatu gugus fungsi di dalam enzim, yang tidak
berpengaruh terhadap aktivitas katalitik yang dimiliki oleh enzim.
Beberapa gugus fungsi yang pada enzim di antaranya, amino, karboksil,
dan fenol.
Gambar 2.5. di bawah ini menunjukan ikatan yang terjadi antara enzim
dengan support untuk masing-masing teknik ikatan pada metode carrier-binding :
Gambar 2.5. Ikatan antara enzim dengan support pada metode carrier-binding (A) adsorpsi
fisik, (B) ikatan ionik, (C) ikatan kovalen (Brena and Batista-Viera, 2006)
Metode cross-linking, merupakan metode dimana enzim dimmobilisasi
dengan hadirnya protein inert seperti gelatin, albumin, dan kolagen. Sebagai
contoh, glutaraldehih yang brinteraksi dengan gugus amino dalam reaksi basa.
Dalam (Chiou and Hung, 2007) dilakukan immobilisasi lipase pada kotosan
dengan menggunakan metode cross-linkin, menghasilkan sebanyak 198 μg protein
terikat pada setiap gram kitosan dengan enzim loading sebesar 35%.
Metode entrapping, atau dapat disebut metode penjeratan adalah metode
yang mengalokasikan enzim dalam matriks atau mikrokapsul. Metode ini juga
merupakan salah satu metode yang paling sederhana untuk immobilisasi enzim.
Pada metode ini, molekul enzim dapat secara fisik menempel atau secara kovalen
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
23
Universitas Indonesia
terikat pada matriks. Metode ini dapat juga diklasifikasikan sebagai covalent
entrapment dan chemical entrapment (Cao, 2005).
2.3.Teknologi Membran-Mikroreaktor
Membran merupakan sebuah lapisan tipis (film) yang fleksibel, dan
merupakan pembatas antara dua fasa yang bersifat semipermeabel. Membran
memiliki fungsi sebagai media pemisahan yang sangat selektif berdasarkan
perbedaan koefisien difusifitas, muatan listrik dan juga perbedaan kelarutan.
Membran memiliki beberapa kelebihan, diantaranya adalah tidak tejadi perubahan
ase komponen, dapat dilakukan pada suhu kamar sehingga sangat menguntungkan
dalam memisahkan komponen-komponen yang tidak tahap dengan suhu tinggi.
Pada penelitian ini digunakan membran polyethersulfone (PES), karena membran
ini termasuk membran polimer yang memiliki kestabilan kimia dan suhu yang
baik, sehingga dapat dioperasikan pada suhu mencapai 80oC, serta memiliki
ketahan pH hingga range 1.5-1.2.
Seperti terurai dalam (Cao et al., 2008b), (Cao et al., 2009), (Amor,
1998) dan (Wang et al., 2009), maka dapat diketahui bahwa untuk produksi
biodiesel, penggunaan membran-mikroreaktor memiliki beberapa keunggulan,
diataranya adalah:
Integrasi proses reaksi dan pemisahan dalam satu tahap, sehingga akan
menurunkan biaya pemisahan dan daur ulang reaktan yang tidak bereaksi.
Peningkatan perolehan selama satu kali proses pada reaksi yang terbatas
karena kondisi termodinamika atau hambatan produk.
Pengaturan kontak reaktan yang saling tidak larut.
Pemisahan produk samping hasil reaksi secara simultan.
Tidak terdapat air limbah karena tidak digunakan air pada pemurnian
biodiesel.
Penyederhanaan proses-proses hilir pemurnian biodiesel yang umumnya
terdiri dari beberapa tahap.
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
24
Universitas Indonesia
Membran reaktor dapat digunakan untuk berbagai macam bahan baku
dengan kondisi operasi yang hampir sama untuk menghasilkan biodiesel.
Prinsip kerja membran-miktoreaktor secara umum, dijelaskan pada
Gambar 2.6. Berdasarkan gambar tersebut minyak akan berbentuk emulsi
tersuspensi di dalam alkohol. Partikel minyak akan membentuk emulsi pada
kondisi yang hidrofilik dan reaksi transesterifikasi akan terjadi pada permukaan
dimana minyak teremulsi. Pada proses ini tetesan minyak tersebut tidak dapat
melewati membran permeabel karena ukurannya lebih besar daripada pori-pori
membran (Dube et al., 2007). Namun biodiesel dapat larut dalam alkohol pada
temperatur reaksi transesterifikasi (umumnya pada suhu 60°C). Oleh karena itu
biodiesel dapat melalui pori membran bersama dengan alkohol, gliserol dan
katalis karena memiliki ukuran molekul yang lebih kecil daripada pori membran
(Dube et al., 2007) (Cao et al., 2008a). Hal ini memungkinkan perolehan produk
biodiesel dengan tingkat kemurnian tinggi sekalipun reaksi tidak berlangsung
sempurna. Dari diatas, sistem reaksi tranesterifikasi merupakan sistem heterogen
karena terbentuk fasa polar (alkohol) dan nonpolar (trigliserida) yang saling tidak
larut (Cao et al., 2008b) (Dube et al., 2007). Pada operasi dengan menggunakan
membran reaktor pembentukan sistem dua fasa tersebut merupakan hal yang
penting untuk mencegah perpindahan trigliserida dan reaktan yang tidak bereaksi
ke arah aliran produk. Oleh karena itu, transesterfikasi trigliserida menjadi
biodiesel sangat sesuai jika dioperasikan dengan menggunakan membran reaktor
(Dube et al., 2007).
Gambar 2.6. Prinsip dasar produksi biodiesel dengan membran-mikroreaktor
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
25
Universitas Indonesia
Alasan secara ringkas mengapa minyak yang hidrofobik dapat menembus
celah membran yang sifatnya hidrofilik adalah adanya interaksi yang terjadi
secara hidrofobik antara enzim lipase yang telah melapisi bagian membran
sepenuhnya dengan substrat minyak kelapa sawit. Gambar 2.7. di bawah ini
menjelaskan salah satu contoh interaksi hidrofobik antara enzim lipase dengan
substrat melalui mekanisme Ping Pong Bi Bi (Suan 2005).
Gambar 2. 7. Mekanisme Ping Pong Bi Bi oleh Candida antartica(Suan 2005)
Mekanisme reaksi lipase dapat dibagi menjadi 4 langkah, yaitu : (1)
adsorpsi lipase ke interfase, (2) pengikatan substrat untuk enzim lipase, (3) reaksi
kimia dan (4) pelepasan produk. Adsorpsi lipase ke interfase merupakan proses
interaktif, hal ini dikarenakan melibatkan perubahan konformasi enzim ke
antarmuka akan menarik. Setelah adsorpsi dari enzim ke interfase, sisi aktif
terbuka untuk mengikat substrat. Reaksi ini terjadi dengan serangan nukleofilik
pada kompleks substrat. Terjadinya reaksi kimia adalah karena aksi dari rangkaian
katalitik dalam gugus karbonil, yang mengikat dekat sisi aktif. Karena rangkaian
katalitik bereaksi dengan gugus karbonil, rantai asil harus terletak dekat
permukaan enzim. ukuran rantai asik yang paling penting dalam proses
pengikatan. Setelah terikat, produk reaksi akan dilepaskan.
Kemudian tempat tersebut akan diambil oleh substrat lain untuk reaksi
dengan menggunakan mekanisme yang sama. Pembentukan kompleks asil enzim
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
26
Universitas Indonesia
adalah karena interaksi hidrofobik. Interaksi kompleks enzim asil merupakan gaya
enztropis yang cenderung untuk mengumpulkan kelompok - kelompok non-polar.
Kompleks enzim dan substrat melibatkan buka tutup atau flap sisi aktif enzim.
ketika menutup, sisi interfase hidrofobik dalam posisi terbuka. Sisi substrat
hidrofilik masuk di rongga polar enzim. hasil permodelan molekuler menunjukkan
bahwa konformasi tutup terbuka distabilkan oleh ikatan hidrogen. Sisi Arg-86
terlibat dalam stabilisasi ini. sebuah ruang kosong terbentuk antara permukaan
hidrofob tutup dan enzim selama aktivasi interfase untuk mengikat rantai asil.
Interaksi antar residu nonpolar dari ruang kosng bertanggungjawab atas
spesifisitas substrat.
2.4. State of The Art
Beberapa penelitian mengenai produksi biodiesel telah banyak dilakukan.
Penelitian yang dilakukan dalam pengembangan produksi biodiesel sebagian
besar mengarah pada pemanfaat enzim sebagai biokatalis dalam reaksi
transesterifikasi. Beberapa penelitian (Iso et al., 2001), (Machsun, 2011),
(Tanigaki et al., 1993) dan (Kaieda et al., 2001), telah mempelajari penggunaan
enzim lipase dalam produksi biodiesel dengan, melakukan immobilisasi enzim
lipase pada beberapa media dengan tujuan untuk menekan biaya produksi yang
disebabkan oleh biaya pengadaan enizm yang cukup mahal.
Dalam (Iso et al., 2001) melakukan proses transesterifikasi dengan
meraksikan trigliserida dan alkohol rantai pendek. Dalam prosesnya, metode
immobilisasi dilakukan pada enzim lipase pada kondisi tanpa air. Penggunaan
enzim lipase yang berasal dari Pseudomonas flourescens dalam reaksi tersebut
menghasilkan aktivitas yang paling tinggi. Immobilisasi dilakukan menggunakan
media berpori berupa partikel kaolinite.
(Tanigaki et al., 1993) melakukan penelitian menggunakan membran
bioreaktor dengan menggunakan dua jenis membran yang berbeda yakni
hidrofobik dan hidrofilik. Membran tersebut digunakan untuk mengimmobilisasi
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
27
Universitas Indonesia
lipase yang berasal dari Candida rugosa untuk produksi biodiesel dengan
menggunakan substrat yang berasal dari minyak kacang kedelai. Metode
membran bioreaktor ini memudahkan dalam pemisahan enzim dalam produk,
karena keberadaan enzim yang tertahan pada pori membran, membuat enzim
sendiri tidak terdapat dalam produk yang dihasilkan.
Sedangkan (Machsun, 2011) dalam penelitiannya berhasil
mengembangkan metode produksi biodiesel dengan lipase Pseudomonas
flouresncens terimmobilisasi dalam membran-mikroreaktor berbahan dasar
polyethersulfone (PES) berukuran 300 kDa dengan menggunakan substrat berupa
triolein. Prinsip yang dilakukan tidak jauh berbeda dengan yang diutarakan pada
(Tanigaki et al., 1993) dan (Hilal et al., 2005), namun telah dilakukan beberapa
pengembangan, baik dalam proses immobilisasi dan proses transesterifikasi.
Dalam penelitian yang dilakukan oleh Machsun ini, telah dibuktikan beberapa
kelebihan yang dimiliki oleh sistem dengan menggunakan enzim lipase
terimmobilisasi pada membran mikroreaktor. Stabilitas enzim lipase dalam sistem
tersebut, diutarakan cukup baik karena struktur enzim sendiri terlindungi dalam
pori-pori membran sehingga penambahan mol metanol dalam reaksi tidak
menunjukan perubahan yang berarti pada hasil konversi biodiesel/ metil ester.
Beberapa penelitian lain (Kaieda et al., 2001) dan (Shah and Gupta, 2006)
yang dilakukan tanpa menggunakan metode immobilisasi, memiliki beberapa
kekurangan jika dibandingkan dengan penelitian yang dilakukan oleh (Iso et al.,
2001), (Machsun, 2011), (Tanigaki et al., 1993) dan (Kaieda et al., 2001).
Kelemahan yang paling terlihat adalah penggunaan enzim yang hanya dapat
digunakan untuk sekali pakai (tidak efisien), waktu reaksi yang terbilang cukup
lama. Berdasarkan pada kelebihan yang dimiliki oleh media berpori, khususnya
membran, jika digunakan untuk immobilisasi enzim lipase pada proses produksi
biodiesel, maka dapat dinyatakan metode tersebut cukup baik untuk diterpakan
dalam industri.
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
28
Universitas Indonesia
Tabel 2.6. State of The Art penelitian produksi biodiesel/metil ester
Immobilisasi enzyme Tanpa immobilisasi enzim (free
lipase enzyme) Kaolinit pori Membran-micoreactor polyethersulfone
Su
mb
er l
ipase
Pse
udom
on
as
flou
resc
ens
(Iso et al., 2001)
Penelitian ini (feedstock trigliserida)
(Machsun, 2011) (feedstock triolein)
(Hilal et al., 2005)
(Kaieda et al., 2001)
Pse
ud
om
on
as
cepaci
a
(Kaieda et al., 2001)
(Shah and Gupta, 2006)
Can
did
a r
ugosa
(Tanigaki et al., 1993)
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
29 Universitas Indonesia
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kondisi optimum dalam reaksi
transesterifikasi untuk sintesis biodiesel atau metil ester dari minyak goreng
kelapa sawit dengan lipase terimmobilisasi pada membran PES 300 kDa. Secara
garis besar peneilitian ini dilakukan sesuai dengan gambar diagram di bawah ini:
Studi Literatur
Pembuatan
Kurva Standar
Protein
Preparasi
Larutan Lipase
Immobilisasi
Lipase Fase
Stasioner
Produksi
ME
Variasi Rasio mol
Metanol:Trigliserid
a (1:3 , 1:4 , 1:5)
Variasi Temperatur
(35, 40 dan 45°C)
Analisa GC-MS Analisa SEM
Produksi ME
dengan free
lipase enzyme
Gambar 3.1. Diagaram alir penelitian
PREPARASI
EKSPERIMEN
ANALISA
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
30
Universitas Indonesia
3.2 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Bioindustri,
LAPTIAB –BPPT, Serpong, Tangerang, Banten dengan waktu peneltian dari
bulan Januari 2012 hingga Juni 2012.
3.3 Desain Penelitian
Desain penelitian yang dapat dibuat sesuai dengan data yang diambil dan
diperoleh selama penelitian berlangsung diantaranya terdiri dari :
3.3.1 Kurva Standar Protein dengan Metode Lowry
Tabel 3.1.Desain eksperimen kurva standar protein
Konsentrasi
BSA (µg/L)
Larutan BSA
(µl)
Buffer Fosfat
(µl)
Hasil Pengukuran Absorbansi
1 2 3
0 0 600
0,03 60 540
0,06 120 480
0,09 180 420
0,12 240 360
0,15 300 300
0,18 360 240
0,21 420 180
0,24 480 120
0,27 540 60
0,30 600 0
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
31
Universitas Indonesia
3.3.2 Immobilisasi Stasioner
Tabel 3.2. Desain eksperimen immobilisasi stasioner
Ukuran Pori
Membran
(kDa)
Kosentrasi
Lipase (g/L)
Derajat
Immobilisasi
(%)
Enzyme
Loading
(g/m2)
300 50
300 50
300 50
3.3.3 Sintesis biodiesel dan Analisis GC-MS
Tabel 3.-3. Data eksperimen pengolahan data hasil GC-MS
Sampel Luas
Area
Metil
Ester
(mol.L-1
)
Waktu
Tinggal
(jam)
Laju
Alir
(mL.h-1
)
EL
(g.
m-2
)
Produkt
ivitas
(mol.g-
1.h
-1)
FE*) - -
IL*)
*) Keterangan:
FE : Free enzyme lipase
IL : Immobilized lipase
3.3 Alat dan Bahan
3.3.1 Alat
Alat-alat yang digunakan dalam penlitian ini adalah milik Laboratorium
Bioindustri BPPT. Alat-alat tersebut tercantum dalam tabel di bawah ini :
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
32
Universitas Indonesia
Tabel 3.4. Alat-Alat Yang Digunakan
No. Peralatan Merek No. Peralatan Merek
1. Shaking Incubator Kuhner 11. Erlenmeyer Pyrex
2. Timbangan Analitik Radwag 12. Beaker glass Pyrex
3. Sentrifuge Hitachi 13. Syingee Auto Trasfette Nichiryo
4. Hotplate stirrer Heindolph 14. Corong Plastik
5. Microtube Eppendorf 15. Oven
6. Pipet Mikro Thermo 16. pH meter Ino Lab
7. Tabung Sentrifusi Nunc 17. Vortex Snijders
8. Timer Keinzle 18. Spektrofotometri UV-
VIS Hitachi
9. Magnetic Stirrer Cole Parmer 20. GC-MS
10. Stirrer
Ultrafiltration Cell Amicon
3.3.2 Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penlitian ini adalah milik
Laboratorium Bioindustri BPPT. Alat-alat tersebut tercantum dalam tabel di
bawah ini :
Tabel 3.5. Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian
No. Bahan Merek
1. Lipase Pseudomonas flourescens Amano Enzyme Inc
2. Na2HPO4.2H2O Merck
3. NaH2PO4. H2O Merck
4. Mili – Q Water
5. Bradford Bio- Rad Laboratoris Inc
6. NaOH Merck
7. Bovin Serum Albumine Sigma - Aldrich
8. Metanol -
9. Heksana -
10. Piridin -
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
33
Universitas Indonesia
3.4 Prosedur Penilitian
Secara garis besar, penelitian ini terbagi menjadi tiga tahapa. Yang
pertama adalah tahap preparasi (mencakup pembuatan kurva kalibrasi protein
standar, preparasi larutan lipase, dan immobilisasi lipase pada membran
mikroreaktor), tahap eksperimen (mencakup tahap produksi metil ester, dengan
variabel rasio mol metanol:trigliserida, produksi metil ester dengan free lipase
enzyme) dan yang terakhir tahap analisa (analisa GC-MS dan SEM).
3.4.1. Pembuatan Kurva Kalibrasi Protein Standar
Tujuan pembuatan kurva kalibrasi ini adalah untuk mengukur konsentrasi
protein yang terkandung di dalam larutan. Dalam penelitian ini, pembuatan kurva
standar dilakukan dengan menggunakan metode Lowry. Metode Lowry
merupakan metode yang cepat, mudah dan sensitif untuk mengestimasi protein
dalam ekstrak sampel. Pada prinsipnya kerja dari metode Bradford didasarkan
pada pengikatan langsung zat warna Coomassie Brilliant Blue G250 (CBBG250)
oleh protein yang mengandung residu asam amino dengan rantai samping
aromatik (tyrosine, tryptophan, dan phenylalanine) atau yang bersifat basa
(arginine, histidine, dan leucine). Reagen CBBG bebas berwarna merah-
kecoklatan (lmaks 465 nm), sedangkan dalam suasana asam reagen CBBG akan
berada dalam bentuk anion yang akan mengikat protein membentuk warna biru
(lmaks 595 nm). Jumlah CCBG yang terikat pada protein proporsional dengan
muatan positif yang ditemukan pada protein (Bradford, 1976).
Metode ini menggunakan prinsip kerja dengan spektrofotometri, baik
dengan menggunakan sinar UV maupun dengan sinar tampak setelah penambahan
pereaksi pewarna dengan intensitas warna yang terbentuk sama atau sebanding
dengan kadar protein yang terkandung. Langkah pertama yang dilakukan adalah
dengan menimbang 0.01 gram Bovine Serum Albumin BSA dan kemudian
melarutkannya dalam 10 ml phosphate buffer 0.05 M pH 7 untuk membuat
larutan BSA dengan konsentrasi 0,01mg/ml. Selanjutnya dilakukan pengenceran
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
34
Universitas Indonesia
larutan induk BSA tersebut sehingga konsentrasi menjadi 0,3mg/ml, dengan cara
mengambil 3 ml larutan BSA induk dan menambahkan 7 ml buffer fosfat 0,05 M
pH 7. Selanjutnya dibuat sampel dengan deret konsentrasi sebagai berikut
(masing-masing sampel dibuat triplo) :
Tabel 3.6. Sepuluh deret konsentrasi untuk pembuatan kurva kalibrasi protein standar
Konsentrasi
Pengenceran
Larutan
BSA
(µl)
Buffer
Fosfat
(µl)
Hasil
Pengukuran
0 0 600
0,03 60 540
0,06 120 480
0,09 180 420
0,12 240 360
0,15 300 300
0,18 360 240
0,21 420 180
0,24 480 120
0,27 540 60
0,30 600 0
Kemudian untuk masing-masing konsentrasi tersebut di ambil 30μl dan
dipindahkan ke dalam tabung reaksi. Kemudian membuat larutan Bradford
dengan 5x pengenceran (perbandingan Bradford stock dengan phosphate buffer
1:4) dari Bradford stock yang sebelumnya telah dibuat. Lalu menambahkan 1.5 ml
Bradfird 5x pengenceran tersebut ke dalam masing-masing tabung reaksi yang
sebelumnya telah terisi 30μl sampel, dan gunakan vortex untuk melarutkan kedua
zat tersebut agar tercampur dengan sempurna. Masa inkubasi hingga dilakukan
pengukuran absorbansi dengan sprektofotometri UV-VIS adalah 5 menit.
Pengukuran dilakukan pada panjang gelombang 595 nm.
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
35
Universitas Indonesia
3.4.2. Preparasi Larutan Lipase
Enzim lipase jenis AK dari Pseudomonas florescens yang digunakan pada
penelitian ini, di datangkan dari Nagoya, Jepang. Enzim lipase yang akan di
immobilisasi sebelumnya perlu dilarutkan dalam phosphate buffer (pH 7). Larutan
enzim lipase ini di buat dengan konsentrasi 50mg/ml. Proses pelarutan lipase AK
dalam phosphate buffer dilakukan selama 2 jam. Kemudia setelah itu, larutan
lipase di sentrifugasi selama 10 menit pada centrifuge-cool dengan putaran 3000
rpm dan suhu 4oC.
Gambar 3.2. Susunan alat untuk melarutkan lipase pada phosphate buffer
3.4.3. Immobilisasi Enzim Lipase
Tahapan ini merupakan tahapan immobilisasi enzim lipase pada
permukaan membran PES dengan pori-pori sebesar 300 kDa dengan
menggunakan metode adsorpsi bertekanan. Yang perlu dilakukan adalah
membiarkan larutan lipase berada pada permukaan sponge layer sehingga terjadi
kontak antara membran dan larutan lipase yang kemudian dilanjutkan dengan
tahapan ultrafiltrasi dan diakhiri dengan proses pembilasan membran. Metode
yang digunakan ini merupakan metode adsorpsi-filtrasi yang merujuk pada
metode Hilai (Hilal et al., 2005) yang termodifikasi. Secara ringkas, langkah-
langkah yang digunakan dalam mengimmobilisasi lipase pada membran adalah
sebagai berikut:
1. Pencucian membran
2. Immobilisasi (penempelan membran, ultrafiltrasi dan pembilasan)
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
36
Universitas Indonesia
a. Pencucian Membran
Tahap ini merupakan langkah paling awal yang dilakukan untuk meng-
immobilisasi enzim lipase pada membran, dengan tujuan membersihkan pori-pori
membran dari pengotor yang mungkin terjebak. Proses immobilisasi pada
penelitian ini dilakukan secara stasioner dengan waktu 24 jam. Sebelum
memasuki tahapan immobilisasi dimulai dengan proses pencucian membran
Polyethersulfone (PES). Membran yang digunakan dalam penelitian ini adalah
membran polyethersulfone (PES) dengan ukuran 300 kDa. Membran ini dipilih
karena memiliki ketahan suhu dan pH yang baik (Arianto, 2008). Proses
pencucian membran dilakukan dengan menggunakan RO water sebanyak 2 kali
dan tekanan sebesar 6 psi. Setelah proses pencucian, membran dikeringkan dalam
cold room dengan suhu rendah (2 – 10°C) selama 24 jam. Perhatikan susunan alat
untuk tahap pencucian membran pada gambar di bawah ini :
Gambar 3.3.Susunan alat pada tahap pencucian membran
Membran PES memiliki 2 sisi, sisi kasar (sponge layer) dibagian bawah dan sisi
halus dibagian atas. Perhatikan gambar berikut :
N2
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
37
Universitas Indonesia
Gambar 3.4. Lapisan halus dan kasar pada membran PES 300 kDa
b. Immobilisasi stasioner
Setelah membran dikeringkan selama 24 jam, selanjutnya membran dapat
dirangkai pada Ultrafiltration Strrired Cell. Larutan lipase dituangkan diatas
permukaan membran. Strrired cell tersebut kemudian disimpan dalam suhu
rendah ( 2 - 10°C ) selama 24 jam. Berdasarkan (Machsun, 2011), semakin lama
waktu adsorpsi, maka akan semakin besar enzyme loading yang dihasilkan. Proses
ini dinamakan immobilisasi fasa stasioner dimana enzim dibiarkan menempel
dalam keadaan statis. Kemudian larutan lipase dalam alat tersebut diultrafiltrasi
dengan bantuan gas N2 dengan tekanan 3 Psi sehingga menghasilkan filtrat A dan
residu lipase amobil pada membran.
Membran yang telah diultrafiltrasi tersebut dikeringkan selama 24 jam
dan dimasukkan ke dalam lemari pendingin. Proses selanjutnya adalah pembilasan
membran yang telah kering dengan Buffer Fosfat 0,05 M pH 7 sebanyak 2 kali
sehingga menghasilkan filtrat B dan C serta membran yang telah terisi lipase
amobil. Lipase amobil pada membran kemudian dikeringkan didalam lemari
pendingin sebelum digunakan untk produksi/sintesis biodiesel. Larutan analit
berupa larutan lipase, ultrafiltrat (larutan hasil ultrafiltrasi), larutan hasil bilas 1
dan bilas 2 yang terkumpul dianalisa kandungan proteinnya dengan menggunakan
metode Bradford sehingga data menghasilkan derajat immobilisasi dan enzyme
loading.
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
38
Universitas Indonesia
Gambar 3.5. Susunan alat pada immobilisasi enzim lipase secara stasioner
Gambar 3.6. Susunan alat saat ultrafiltrasi
Gambar 3.7. Susunan alat saat pembilasan membran
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
39
Universitas Indonesia
c. Pengukuran Enzim Loading dan Derajat Immobilisasi
Proses analisa ini bertujuan untuk mengetahui nilai persentase derajat
immobilisasi lipase amobil yang tertempel dalam suatu membran serta enzyme
loading. Enzyme loading merupakan jumlah massa protein yang teradsorbsi ke
permukaan membran. Dalam menganalisa digunakan gradien yang didapatkan
dari kurva standar protein sebagai acuan perhitungan. Larutan yang dianalisa
terdapat 4 jenis yaitu : larutan lipase, ultrafiltrat (larutan hasil ultrafiltrasi), larutan
hasil bilas 1 dan bilas 2.
Langkah pertama dalam menganalisa sampel ini adalah mengambil 30 µl
larutan analit serta phosphate buffer 0,05 M pH 7 dan memasukkannya ke dalam
masing-masing tabung reaksi secara triplo. Selanjutnya memasukkan 1,5 ml
larutan Bradford yang telah diencerkan sebanyak 5 kali dan selanjutkan
memasukan larutan ke dalam tabung reaksi yang telah terisi laritan analit.
Langkah selanjutnya larutan tersebut di virtex dan diinkubasi selama 5
menit. Proses inkubasi tidak boleh melebihi 5 menit, hal ini dikarenakan akan
merusak protein analit yang akan dianalisa. Untuk menganalisa digunakan
Spektrofotometri UV-VIS dengan panjang gelombang 595 nm. Setelah proses
analisa dengan menggunakan Spektrofotometri UV-VIS didapatkan data triplo
untuk tiap sampelnya yang kemudian diolah dengan rumusan sebagai berikut
(Machsun, 2011) :
Derajat Immobilisasi
Rumus derajat immobilisasi adalah sebagai berikut :
Enzyme Loading
Rumus enzyme loading adalah sebagai berikut :
(4.1)
(4.2)
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
40
Universitas Indonesia
Keterangan :
Xo = Absorbansi larutan lipase mula-mula
Xa = Absorbansi filtrat A (hasil penyaringan)
Xb = Absorbansi filtrat B (pembilasan pertama)
Xc = Absorbansi filtrat C (pembilasan kedua)
m = Gradien dari kurva standar protein
V = Volume larutan lipase (ml)
A = Luas Permukaan Membran (m2)
DI = Derajat Immobilisasi (%)
EL = Enzyme Loading (mg/m2 membran)
3.4.4. Sintesis Metil Ester
Proses produksi biodiesel dari minyak goreng kelapa sawit menggunakan
2 variabel yaitu variabel suhu (35, 40 dan 45°C) dan variabel trigliserida : metanol.
Perbandingan mol minyak goreng kelapa sawit dan mol metanol divariasikan dari
1:3, 1:4 dan 1:5. Pada prosesnya minyak kelapa sawit dengan volume tertentu
dimasukkan ke dalam Stirred Ultrafiltration Cell yang terdapat membran yang
telah terlapisi enzim lipase dan diatur suhunya hingga 35°C.
Proses reaksi berlangsung dalam Stirred Ultrafiltration Cell pada suhu
35°C dengan kecepatan 250 rpm. Reaksi yang berlangsung untuk setiap
variabelnya adalah 24 jam. Dalam proses ini, produk dan substrat dapat terpisah
karena dibatasi oleh membran. Selanjutnya filtrat berupa produk biodiesel
dianalisa Gas Chromathograpy Mass Spectrometry (GC-MS) untuk mengetahui
besaran Pcat yang dimiliki oleh enzim lipase dalam sistem membran-mikroreaktor
tersebut.
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
41
Universitas Indonesia
Gambar 3.8. Susunan alat untuk sintesis metil ester
Pada tahap sintesis ini dilakukan pengambilan sampel untuk dihitung laju
alirnya pada jam ke-1,-4 dan ke-24 yang kemudian data tersebut dapat
digunakan untuk menghitung RT (residence time) dari substrat yang dapat
dihitung dengan cara :
RT = Vm/F
Dimana Vm merupakan volume membran (m3) dan F merupakan laju alir (ml/h).
3.4.5. Metode Analisis
Dalam penilitian terdapat dua metode analisa yang digunakan untuk
melengkapi hasil dan kesimpulan penlitian, diantaranya adalah sebagai berikut:
a. Gas Chromatography/Mass Spectrometry (GC/MS)
Konsentrasi metil ester pada produk ditentukan dengan menggunakan teknik
gas chrmatography/mass sectrometry (GC/MS) (Hewlett-Packard 5890) yang
dilengkapi dengan MS dan kolom kapiler sepanjang 15 m (DB-1; Agilent
Technologies Inc., Palo Alto, CA). Produktivitas enzim yang berhasil
Ditutup dengan
alumunium foil
metOH : minyak
metil ester
posisi membran :
(4.3)
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
42
Universitas Indonesia
terimmobilisasi pada sistem membran-mikroreaktor dapat ditentukan melalui
persamaan berikut (Machsun, 2011) :
Pcat (mmol/h.mg lipase) = ((Cp x F)/pm)
Dengan Cp adalah konsentrasi dari metil ester (mmol/ml), dan F merupakan laju
alir dari substrat (ml/h) dan pm adalah jumlah lipase yang terimmobilisasi pada
membran (mg).s. Nilai Pcat akan mewakili kemampuan enzim dalam sistem
membran-mikroreaktor dalam menghasilkan biodiesel. Berdasarkan Tabel 2.4
(Preeti et al., 2007) pada tinjauan pustaka disebutkan bahwa kandungan minyak
kelapa sawit di dominasi oleh asam palmitat sebesar 43,45% dan asam olet
sebesar 40,98%, maka dalam perhitungan Pcat hanya dikhususkan untuk metil
palmitat dan metil oleat saja.
Sebagai pembanding, dilakukan reaksi trasntesterifikasi dengan free lipase
enzyme (tanpa immobilisasi pada membran/ lipase mobile) pada sistem reaktor
batch. Sistem ini dilakukan dengan cara mereaksikan metanol dan trigliserida
(minyak sawit) sebanyak 50 ml, dan juga menambahkan enzim lipase AK tanpa
immobilisasi (free lipase enzyme) pada reaktor batch selama 24 jam, dan
diberikan penambahan metanol setiap 8 jam.
b. Scanning Electron Microscope (SEM)
Analisa dengan menggunakan SEM dilakukan di Lipi Metalurgi
PUSPITEK (Sepong), dengan tujuan untuk melihat bagaimanakan distribusi
enzim yang terimobilisasi pada membran permukaan PES dengan ukuran pori 300
kDa. Tujuan dari analisa ini adalah untuk mengetahui distribusi enzim lipase yang
tertempel pada pori membran polyethersulfone (PES).
(4.4)
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
43 Universitas Indonesia
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1.Hasil Immobilisasi Enzim
Immobilisasi enzim dilakukan dengan melalui dua tahap yakni adsorpsi,
yang kemudian disusul dengan pemberian tekanan dengan mengalirkan gas N2
pada rangkaian Ultrafiltration Strrired Cell sebesar 3 psi. Konsentrasi awal enzim
lipase yang digunakan pada immobilisasi ini adalah 50 mg/l, dengan waktu
adsorpsi adalah selama 24 jam. Nilai derajat immobilisasi yang diperoleh adalah
sebesar 47,98%, dengan enzim loading sebesar 1,028 gr/m2. Dari angka derajat
immobilisasi yang didapat dari hasil perhitungan, maka dapat diketahui bahwa
hampir 50%, enzim lipase dengan konsentrasi awal 50mg/l berhasil tertempel
pada membran. Sedangkan angka enzyme loading mewakili distribusi enzim yang
tertempel pada membran dengan luas tertentu.
Dalam (Arianto, 2008), dengan konsentrasi yang didapatkan besaran
enzim loading berkisar antara 0,826 – 0,866 gr/m2. Dengan begitu perolah nilai
Perolehan enzyme loading yang di dapatkan dalam penelitian ini dapat dikatakan
cukup baik. Hal tersebut dapat didukung oleh proses immobilisasi yang dilakukan
secara benar. Setelah tahap ultrafiltrasi membran dengan enzim yang telah
tertempel dibiarkan dibiarkan selama semalam untuk pengering dalam suhu 4oC.
Pengeringan yang sempurna menjadikan enzim menempel dengan baik pada
membran, selain itu proses ultrafiltrasi akan memberikan sedikit perubahan pada
pori-pori membran. Dengan pemberian tekanan oleh gas N2 akan menyebabkan
pori membran mengalami perubahan konstruksi dan mengecil, sehingga enzim
akan masuk ke dalam sela-sela pori mebran dan menempel dengan baik di
dalamnya.
Membran inilah yang selanjutnya digunakan untuk mengujikan variasi-
variasi untuk menentukan kondisi yang optimum yang ingin di ketahui dalam
penelitian ini. Perlu diketahui bahwa sangat tidak mungkin mendapatkan besaran
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
44
Universitas Indonesia
enzim loading yang sama untuk setiap tahap immobilisasi dengan konsentrasi
awal lipase yang sama. Hal tersebubt disebabkan karena, enzim menempel
tertempel pada memberan disebabkan oleh adanya gaya Van der Wall yang cukup
lemah serta dengan sedikit perubahan konstruksi membran seperti yang disbabkan
sebelumnya. Atau dengan kata lain, tidak ada kesetimbangan reaksi dalam proses
penempelan/immobilisasi enzim ini, sehingga hasil besaran derajat immobilisasi
ataupu enzyme loadingi akan berbeda-beda. Tabel di bawah ini di peroleh dengan
menggunakan persamaan 4.1 untuk derajat immobilisasi dan 4.2 :
Tabel 4.1. Hasil immobilisasi enzim lipase AK
Larutan
Analit
Absorbansi
DI (%) EL (gr) EL (gr/m2)
1 2 Rata-
rata
Lipase 0,217 0,221 0,219
47.98% 2,880 1,028
Ultrafiltrat 0,194 0,194 0,194
Bilas 1 0,133 0,15 0,1415
Bilas 2 0,121 0,121 0,121
Blanko 0,118 0,122 0,12
4.2.Produktivitas Biokatalitik (Pcat) Pada Sistem Membran-mikroreaktor
Dengan Enzim Lipase Terimmobilisasi Dibandingakan Dengan (Pcat)
Sistem Reaktor Batch dengan Lipase Mobile
Untuk menentukan produktivitas biokatalitik (Pcat) pada sistem membran-
mikroreaktor digunakan persamaan (4.4). Untuk Konsentrasi masing-masing
sampel di dapatkan dari hasil uji GC/MS. Pcat yang dimiliki oleh membran-
mikroreaktor dalam produksi metil ester untuk biodiesel ini lebih besar jika
dibandingkan dengan sistem reaktor batch dengan free lipase enzyme. Pada
Gambar 4.1. terlihat jelas perbedaan produktivitas biokatalitik membran-
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
45
Universitas Indonesia
mikroreaktor dengan reaktor batch dengan free lipase enzyme, yakni bekisar
sebesar ±2 kali produktivitas sistem reaktor batch dengan free lipase enzyme
untuk metil palmitat. Hal yang sama juga terlihat pada Gambar 4.2. untuk metil
oleat. Hasil ini sesuai dengan yang diutarakan (Goto et al., 2006), mengenai
produktivitas dalam esterifikasi lauric acid menggunakan lipase terimmobilisasi
dalam mikro-pori membran hollow-fiber yang menunjukan stabilitas enzim lipase
lebih terjaga dalam kondisi terimmobiliasi pada membran sehingga aktivitasnya
pun terjaga baik. Dengan menggunakan matriks madia berpori membran,
membiarkan kontak antara katalis dan reaktan semakin baik, berbeda dengan
sistem reaktor batch dimana dlam prosesnya enzim yang dimasukan langsung ke
dalam vessel berupa flask Erlenmeyer akan menggumpal, sehingga kontak antara
reaktan dan katalis tidak sempurna.
Gambar 4.1. Grafik Pcat Membran-mikroreaktor dengan lipase terimmobilisasi vs
reaktor batch dengan lipase mobile untuk metil palmitat
Gambar 4.2. Produktivitas biokatalitik membran-mikroreaktor dengan lipase
terimmobilisasi vs reaktor batch dengan free enzyme lipase untuk metil oleat
0,019
0,009
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
IL FE
Pro
du
ktiv
itas
(m
ol/
h.g
r lip
ase
)
Produktivitas membran-mikroreaktor vs reaktor batch untuk metil palmitat
Metil Palmitat
0,006
0,003
0
0,002
0,004
0,006
0,008
IL FE
Pro
du
ktiv
itas
(m
ol/
h.g
r lip
ase
)
Produktivitas membran-mikroreaktor vs reaktor batch untuk metil oleat
Metil Oleat
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
46
Universitas Indonesia
Tabel 4.2. Pcat untuk masing-masing sistem reaksi
Residence
Time
Jumlah Lipase
Terimobilisasi Produktivitas
Kelipatan
jam atau
menit gr gr/m
2 mmol/h.mg
Batch 24 jam 5,86 - 0,009
MM 21,7 menit 2,88 1,02 0,019 2,11 kali
Ket:
Batch : Sistem reaktor batch
MM : Sistem membran-mikroreaktor
Tabel 4.2. menunjukan kelebihan yang dimiiliki oleh membran-mikroreaktor
dengan enzim lipase terimmobilisasi dalam reaksi transesterifikasi untuk produksi
biodiesel.
4.3.Pengaruh Rasio mol Trigliserida:Metanol pada Produktivitas
Biokatalitik Lipase Terimmobilisasi pada Membran-mikroreaktor
Pengaruh rasio trigliserida : metanol pada produktivitas biokatalitik
membran-mikroreaktor merupakan salah satu faktor penting dalam reaksi
transesterifikasi. Dalam penelitian ini, dilakukan reaksi transesterifikasi dengan
tiga rasio molar trigliserida : metanol yang berbeda (dengan range 1:3, 1:4, dan
1:5). Pada Gambar 4.3, grafik menunjukan bahwa produktivitas menurun sangat
drastis pada perbandingan mol 1:4 hingga 1:5. Hal tersebut dapat dimengerti
mengingat dalam penelitian ini tidak dilakukan pergantian membran dimana pada
tahap sintesis dilakukan uji kondisi (perbandingan mol dan temperatur) secara
berurutan untuk masing-masing variabel, uji pada hari pertama adalah
perbandingan mol 1:3 dengan suhu 35oC dilakukan hingga hari ke-9 yaitu
perbandingan mol 1:5 dan suhu 45oC. Dapat diperkiraan, enzim telah terlebih
dahulu mengalami deaktivasi oleh secara termal akibat peningkatan suhu,
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
47
Universitas Indonesia
sehingga penambahan metanol berlanjut yakni pada 1:4 akan didapatkan nilai
produktivitas yang baik.
Namun (Machsun, 2011), menyatakan bahwa dalam setiap perbandingan
mol tidak terdapat penurunan aktivitas dan konversi yang berarti. Hal tersebut
menandakan bahwa sistem membran-reaktor dapat dengan baik menjaga
kestabilan enzim walaupun dengan penambahan mol metanol yang cukup besar.
Sebagai saran, seperti yang dilakukan dalam penelitian yang dilakukan oleh
(Machsun, 2011), sebaiknya dilakukan pergantian membran pada tahap uji variasi
dengan perubahan rasio mol (yakni pada hari ke 4 dan hari ke 6). Minimal
dilakukan beberapa kali immobilisasi hingga mendapat membran dengan besaran
enzyme loading yang mendekati (misalnya 1,2 gr/m2 dan 1,3 gr/m
2). Hal tersebut
tidak dilakukan dalam penelitian ini, dikarenakan waktu penelitian yang tidak
mencukupi (satu kali immobilisasi butuh waktu kurang lebih satu minggu) dan
kurang stock membran yang dimiliki. Alasan lain adalah, sulitnya mendapatkan
nilai enzyme loading yang sama untuk konsentrasi awal lipase yang sama seperti
yang telah dijelaskan dalam metode penelitian, sehingga penulis memutuskan
untuk tidak melakukan pergantian membran.
Gambar 4.3. Grafik Pengaruh rasio mol trigliserida : metanol terhadap produktivitas
biokatalitik membran-mikroreaktor
0
0,005
0,01
0,015
1 Pro
du
kti
vit
as
(mm
ol/
h.m
g l
ipa
se)
Rasio mol (TG : metOH) vs Pcat MM system
1:3 1:4 1:5
Rasio mol TG : metOH)
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
48
Universitas Indonesia
4.4.Pengaruh Temperatur Terhadap Produktivitas Biokatalitik Lipase
Terimmobilisasi pada Membran-mikroreaktor
Grafik pada Gambar 4.4 menjelaskan bahwa, produktivitas mengalami
peningkatan pada range suhu 35oC-40
oC. Dan mengalami penurunan pada range
suhu 40oC hingga 50
oC. Hal tersebut disebabkan oleh adanya deaktivitas enzim
secara termal yang disebabkan oleh peningktan suhu. Grafik di bawah ini
merupakan perbandingan antara temperatur dan Pcat pada kondisi rasio mol
trigliseridan dan metanol 1:3 untuk hasil metil palmitat dan metil oleat. Pada rasio
perbandingan mol yang lainnya (yakni 1:4 dan 1:5), kecenderungan yang sama
juga terjadi. Dimana pada range suhu 35oC hingga 40
oC, produktivitas membran-
mikroreaktor dengan lipase terimmobilisasi mengalami peningkatan.
Gambar 4.4. Pengaruh temperatur pada produktivitas membran-mikroreaktor
4.5.Distribusi Enzim
Gambar SEM dibutuhkan untuk menggambarkan distribusi enzim pada
material support (membran PES 300 kDa). Gambar di bawah ini menunjukan
bahwa sebagian besar molekul enzim terdistribusi dengan baik pada ruang-ruang
membran secara merata setelah inkubasi dan pemberian tekanan setelah filtrasi.
Distribusi enzim yang merata pada ruang-ruang dalam membran ini di sebabkan
0,012
0,019
0,005
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
1 2 3
Pro
du
kti
vit
as
(mo
l/h
.gr
lip
ase
)
Temperatur (oC)
Temperatur (oC) vs Produktivitas
35 40 45
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
49
Universitas Indonesia
oleh pemberian tekanan pada proses immobilisasi, yakni pada tahap ultrafiltrasi.
Menurut (Belfort et al., 1994), pemberian tekanan pada tahap immobilisasi akan
menyebabkan penyempitan pori-pori membran, dan bila diameter protein jauh
lebih kecil jika dibandingkan dengan diamter pori membran, protein akan dengan
mudah masuk ke dalam pori-pori membran dan akan terperangkap pada dinding
pori, yang menyebabkan enzim akan terdistribusi secara merata pada pori-pori
membran.
Gambar 4.5. Membran PES 300 kDa
*)Keterangan gambar:
A) Membran Baru (top section), B) Membran Mengandung Enzim lipase
terimmobilisasi dengan waktu adsorpsi 24 jam (top section), C) Membran
baru (cross section), D) Membran mengandung enzim lipase terimmobilisasi
dengan waktu adsorpsi 24 jam (cross section).
Pada Gambar 4.1. di atas terlihat perbedaan membran sebelum dan sesudah
mengandung lipase terimmobilisasi, dimana pada gambar B dan D terlihat sela-
sela pori membran lebih terisi, dimana enzim lipase terimmobilisasi terdistribusi
di antaranya.
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
50 Universitas Indonesia
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil dan pembahasan yang telah di jelaskan di atas, maka
dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Besaran yang Derajat Immobilisasi (DI) dan Enzyme Loading (EL) yang
berhasil didapatkan dari tahap immobilisasi dengan teknik adsorpsi
bertekanan secara berturut-turut adalah 47,98% dan 1,028 gr/m2.
2. Rasio mol trigliserida dan metanol yang menghasilkan produktivitas
biokatalitik terbaik adalah pada 1:3.
3. Range temperatur yang baik untuk menghasilkan produktivitas biokatalitik
yang tinggi adalah Pcat pada range 35-45oC dengan Pcat sebesar 0,012 –
0,019 mmol/h.mg lipase. Temperatur yang terlalu tinggi (di atas 40oC)
akan mempengaruhi produktivitas biokatalitik enzim lipase pada
membran-mikroreaktor, karena akan menyebabakan deaktivasi enzim
lipase secara termal.
4. Berdasarkan penjelasan pada poin 4.3, faktor penambahan mol metanol
dalam reaktan menjadi masalah utama dalam penurunan aktibitas
(deaktivasi) enzim lipase dalam produksi biodiesel.
5. Pcat (produktivitas) yang dimiliki oleh sistem MM dengan enzim lipase
terimmobilisasi lebih besar ± 2 kali, jika dibandingkan dengan sistem
reaktor Batch dengan lipase mobile (tanpa immobilisasi)
6. Enzim lipase yang terimmobilisasi berdasarkan gambar hasil analisa SEM,
terdistribusi pada daerah celah-celah pori membran.
5.2 Saran
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan enzyme loading
yang sama pada konsentrasi awal lipase dan waktu adsorpsi yang sama, karena
berdasarkan yang di kerjakan dalam penelitian ini, hal ini cukup sulit dilakukan.
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
51
51 Universitas Indonesia
Perlu dipelajari cara yang sederhana, untuk menganalisa hasil konversi trigliserida,
dalam penelitian ini uji hanya dilakukan sampai dilakukan uji produktivitas
biokatalitik dan hanya diujikan untuk palmitat dan oleat, sehingga belum
mencakup keseluruhan asam lemak yang terkandung dalam kelapa sawit. Waktu
penelitian yang lebih panjang juga diperlukan untuk keberhasilan penelitian ini,
mengingat sekali proses immobilisasi memerlukan waktu yang cukup lama
(kurang lebih 1 minggu).
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
52 Universitas Indonesia
DAFTAR PUSTAKA
AL-ZUHAIR, S. 2007. Production of biodiesel: possibilities and challanges.
Biofuel, Bioproduction and Biorefining, 1:57–66.
AMOR, J. N. 1998. Applications of catalytic inorganic membrane reactors to
refinery products. Membrane Science, 147
ARIANTO, H. 2008. Studi awal immobilisasi enzim lipase pada membran dan
aplikasinya untuk produksi biodiesel. Bachelor, Institut Pertanian Bogor.
BELFORT, G., DAVIS, R. H. & ZYDNEY, A. L. 1994. The behavior of
suspensions and macromolecularsolutions in crossflow microfiltration.
Membrane Science, 96, 1-58.
BRADFORD, M. M. 1976. A Rapid and Sensitive Method for the Quantitation of
Microgram Quantities of Protein Utilizing the Pronciple of Protein-Dye
Binding. Analitical Biochemistry, 72, 248-254.
BRENA, B. M. & BATISTA-VIERA, F. 2006. Immobilization of Enzyme and
Cells. Methods in Biotechnology, 22, 15-30.
CAO, L. 2005. Carrier-bound Immobilized Enzyme: rinciple, Applications and
Design, Weinheim, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co.
CAO, P., DUBE, M. A. & TREMBLAY, A. Y. 2008a. High-purity fatty acid
methyl ester production from canola, soybean, palm, and yellow grease
lipids by means of a membrane reactor. Biomass and Bioenergy, 32, 1028-
1036.
CAO, P., DUDE, M. & TREMBLAY, A. 2008b. Methanol recycling in the
production of biodiesel in a membrane reactor. Biomass and Bioenergy, 87,
825-833.
CAO, P., TREMBLAY, A. Y., DUBE, M. A. & TREMBLAY, Y. 2009. Kinetics
of Canola Oil Transesterification in a Membrane Reactor. Engineering
Chemical 48, 2533-2541.
CHIOU, S.-H. & HUNG, T.-C. 2007. Immobilization of Lipase to Chitosan
Natural Cross-Linker. Preparative Biochemistry and Biotechnology, 37,
265-275.
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
53
Universitas Indonesia
DOSSAT, V., COMBIES, D. & MARTY, A. 1999. Continuous enzymatic
transesterification of high oleic sunflower oil in a packed bed reactor:
influence of the glycerol production. Enzyme and Microbial Technology,
25, 194-200.
DUBE, M., TREMBLAY, A. & LIU, J. 2007. Biodiesel production using a
membrane reactor. Bioresoure Technology 98, 639-47.
FREEDMAN, B., PRYDE, E. H. & MOUNTS, T. L. 1984. Variabels affecting
the yields of fatty esters from transesterified vegetable oil. American Oil
Chemists's Society, 61, 1638-1643.
GIORNO, L., DRIOLI, E., CARVOLI, G., CASSANO, A. & DONATO, L. 2000.
Study of an enzyme membrane reactor with immobilized fumarase for
production of L-malic acid. Bioetanol Bioengineering, 72, 77-84.
GOENADI, D. H. 2005. PROSPEK DAN ARAH PENGEMBANGAN AGRIBISNIS
KELAPA SAWIT DI INDONESIA, Jakarta, BADAN PENELITIAN DAN
PENGEMBANGAN PERTANIAN DEPARTEMEN PERTANIAN.
GOTO, M., KAWAKITA, H., UEZU, K., TSUNEDA, S., SAITO, K., GOTO, M.,
TAMADA, M. & SUGO, T. 2006. Esterification of lauric acid using lipase
immobilized in the micropores of hollow-fiber membrane. American Oil
Chemists's Society, 83, 209-213.
HAMBALI, E., HENDROKO, R., MUJDALIPAH, S., TAMBUNAN, A. H. &
PATTIWIRI, A. W. 2007. Teknologi Bioenergi, Jakarta, Agromedia
Pustaka.
HARYANTO, B. 2002. BAHAN BAKAR ALTERNATIF BIODIESEL.
Universitas Sumatera Utara.
HILAL, N., KOCHKODAN, V., NIGMATULLIN, R., GONCHARUK, V. &
AL-KHATIB, L. 2005. Lipase-immobilized biocatalytic membranes for
enzymatic esterification: Comparison of various approaches to membrane
preparation. Membrane Science, 268, 198-207.
ISO, M., CHEN, B., GUCHI, M., KUDO, T. & SHRESTHA, S. 2001. Production
od Biodiesel fuel from triglycerides and alcohol using immobilized lipase.
Molecular Catalysis B: Enzymatic, 16, 53-58.
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
54
Universitas Indonesia
KAIEDA, M., SAMUKAWA, T., KONDO, A. & FUKUDA, H. 2001. Effect of
Methanol and watercontents on production of biodieselfuel from
plantoilcatalyzed by various lipases in asolvent-freesystem. Bioscience
and Bioengineering, 91, 12-15.
KNOTHE, G., GERPEN, J. V. & KRAHL, J. 2005. The Handbook of Biodiesel,
Illinois, AOCS Press.
KRISTENSEN, J. B., XU, X. & MU, H. 2005. Diacylglycerol Synthesis by
Enzymatic Glycerolysis: Screening of Commercially Available Lipases.
American Oil Chemists's Society, 82, 329-334.
LOZANO, P., VILLORA, G., GOMEZ, D. & GAYO, A. B. 2004. Membrane
reactor with immobilized Candida antarctica lipaseB for ester synthesis in
supercritical carbon dioxide. Supercritical Fluids, 29, 121-128s.
MA, F. & HANNA, M. A. 1999. Biodiesel production: a review. Bioresource
Technology, 70, 1-15.
MACHSUN, A. L. 2011. Immobilized of Lipase in Membrane Microreactor for
Transesterfication of Triolein to Methyl Oleat. Doctor, Universitas
Indonesia.
MATEO, C., PALOMO, J. M., FERNANDEZ-LORENTE, G., GUISAN, J. M. &
FERNANDEZ-LAFUENTEE, R. 2007. Improvement of enzyme activity,
stability and selectivity via immobilization techniques. Enzyme and
Microbial Technology, 40, 1451-1463.
PANDEY, A., BENJAMIN, S., SOCCOL, C. R., NIGAM, P., KRIEGER, N. &
SOCCOL, V. T. 1999. The realm of microbial lipases in biotechnology.
Biotechnilogy and Applied Biochemistry, 29, 119-131.
PINYAPHONG 2011. Biodiesel Fuel Production by Methanolysis of Fish Oil
Derived from the Discarded Parts of Fish Catalyzed by Carica papaya
Lipase. World Academy of Science, Engineering adn Technology, 76.
PREETI, KHETARPAUL, N., JOOD, S. & GOYAL, R. 2007. Fatty Acid
Composition and Physico. Department of Foods and Nutrition, 26, 202-
208.
RIOS, G. M., BELLEVILLE, M. P., PAOLUCCI, D. & SANCHEZ, J. 2004.
Progress in enzymatic membrane reactors - a review
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
55
Universitas Indonesia
Membrane Science, 242, 189-196.
SATO, T., TOSA, T. & SEIYAKU, T. 2002. Encyclopedia of Bioprocess
Technology, Osaka, John Willey & Sons.
SEMBIRING, K. C. & KOMALASARI, I. 2009. Biodiesel Sebagai Bahan Baku
Alternatif. Berita IPTEK, 47, 57-63.
SHAH, S. & GUPTA, M. N. 2006. Lipase catalyzed preparation of Biodiesel from
Jathropa oil in a solvent free system. Process Biochemistry, 42, 409-414.
SHIBAKI-KITAKAWA, N., HONDA, H., KURIBAYASHI, H., TODA, T.,
FUKUMURA, T. & YONEMOTO, T. 2005. Biodiesel production using
anionic ion-exchange resin as heterogenous catalyst. Bioresource
Technology, 98, 416-421.
SHIMADA, Y., WATANABE, Y., SAMUKAWA, T., SUGIHARA, A., NODA,
H., FUKUDA, H. & TOMINAGA, Y. 1999. Conversion of vegetable oil
to biodiesel using immobilized Candida antarctica lipase. THE
AMERICAN OIL CHEMISTS' SOCIETY, 76, 789-793.
SUPRANTO 2002. Pengaruh Suhu dan Perbandingan Reaksi pada Pembuatan
Metil Ester Biodiesel dari Destilat Asam Lemak Minyak Sawit, Yogyakarta,
Pusat Studi Energi Universitas Gajah Mada.
TAHAR & ADRISMAN 2005. Kajian Kebijakan dan Kumpulan Artikel
Penelitian Biodiesel, Bogor, Institut Pertanian Bogor.
TANIGAKI, M., SAKATA, M. & WADA, H. 1993. Hydrolysis of soybean oil by
lipase with a bioreactor having two different membranes. Fermentation
and Bioengineering, 75, 53-57.
UTOMO, B. 2007. Peran Hutan dalam Mereduksi Pemanasan Global, Medan,
USU e-Repository.
WAFA, A. 2009. Sintesis Biodiesel Dari Berbagai Minyak Goreng Melalui Rute
Non Alkohol Menggunakan Biokatalis Terimobilisasi Pada Reaktor
Packed. Sarjana Teknik, Universitas Indonesia.
WANG, Y., WANG, X., LIU, Y., QU, S., TAN, Y. & TANG, S. 2009. Refining
of biodiesel by ceramic membrane separation. Fuel Processing
Technology, 90, 442-427.
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
56
Universitas Indonesia
WATANABE, Y., SHIMADA, Y., SUGIHARA, A. & TOMINAGA, Y. 2001.
Enzymatic Conversion of Waste Edible Oil to Biodiesel Fuel in a Fixed-
Bed Bioreactor. Osaka Municipal Techinical Research Institute, 78.
ZHANG, Y., DUBE, M. A., MCLEAN, D. D. & KATES, M. 2003. Biodiesel
production from waste cooking oil: 1. Process design and technological
assesment. Bioresource Technology, 89, 1-16.
ZHAO, X. S., BAO, X. Y., GUO, W. & LEE, F. Y. 2006. Immobilizing Catalysts
on Porous Materials. Materials Today, 9, 32-39.
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
57 Universitas Indonesia
LAMPIRAN
1. Pembuatan Kurva Standar Protein dengan Metode Bradford
Ditambahkan 10 ml buffer fosfat 0,05 M pH 7
Mengambil 3 ml BSA dan menambahkan 7 ml
Buffer Fosfat 0,05 M pH 7
Mengambil 30 µl masing-masing larutan ke
dalam tabung reaksi. Untuk setiap konsetrasi
dibuat secara triplo.
Menambahkan 1,5 ml larutan Bradford dengan
5x pengenceran.
Diaduk dengan vortex dan inkubasi selama 5
menit.
Absorbansi masing-masing larutan diukur
menggunakan spektrofotometri UV-VIS dengan
panjang gelombang 595 nm.
Pengenceran larutan BSA
0,03mg/ml
Larutan BSA dengan berbagai konsentrasi mulai 0,03 –
0,3 serta buffer fosfat 0,05 M pH 7 sebagai blangko
Larutan analit berwarna
bening-biru
Kurva Standar Protein
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
58
Universitas Indonesia
1. Kurva Standar Protein dengan Metode Bradford
y = 0,5759x R² = 0,981
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
0,18
0,2
0 0,1 0,2 0,3 0,4
Ab
sorn
ansi
Konsentrasi
Kurva Standar Protein (Metode Lowry)
Series1
Linear (Series1)
Konsentrasi BSA Absorbansi Rata-Rata
0 0
1 0,049333
2 0,060333
3 0,106333
4 0,116667
5 0,168667
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
59 Universitas Indonesia
2. Pembuatan Larutan Lipase
Enzim lipase yang terdapat dalam laboratorium terdapat 2 jenis, yaitu
lipase PS (Burkholderia Cepacia) dan lipase AK (Pseudomonas flurescens). cara
membuat larutan adalah sebagai berikut :
Enzim AK 50 gram/liter → 300 KDA
Larutan AK (massa yang dibutuhkan)
50 g/l =
Enzim PS 125 gram/liter → 500 Kda
125 g/l =
Ditambahkan 15 ml larutan buffer fosfat 0,05 M pH 7
Diaduk dengan magnetic stirrer (100 rpm) selama 2 jam
dan pada suhu 4°C (diberikan ice bath untuk menjaga
suhu tetap rendah).
0,750 gram Enzim
Lipase AK
Lipase tidak terlarut
dalam buffer fosfat
Larutan Lipase 50 g/ml
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
60 Universitas Indonesia
3. Immobilisasi Lipase pada Membran
Pencucian membran dengan air RO
pengeringan dilakukan pada suhu rendah (2
- 10°C)
Memasangkan membran pada alat Stirred
Ultrafiltration Cell
Memasukan 12 larutan lipase ke dalam
Stirred Ultrafiltration Cell
Diinkubasi dalam lemari pendingin selama
24 jam.
Metode Immobilisasi menggunakan
adsorpsi bertekanan.
Diultrafiltrasi dengan gas N2 tekanan 3 Psi
Membran disimpan dalam
lemari pendingin selama 24
jam.
Setelah disimpan selama 24
jam, membran dibilas kembali
dengan 10 ml larutan buffer
fosfat 0,05 M pH 7 (dilakukan
sebanyak 2 kali)
Membran
Membran Siap Pakai
Immobilisasi
Stasioner
Filtrat A Residu Lipase Amobil
Residu Lipase Amobil Filtrat B dan C
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
61 Universitas Indonesia
4. Diagram Alir Analisa Derajat Immobilisasi dan Enzyme Loading
Mengambil 30 µl sampel dan
memasukkan dalam tabung reaksi
Ditambahkan 1,5 ml larutan Bradford
(pengenceran 5x)
Diaduk dengan vortex dan diinkubasi
selama 5 menit
Menggunakan Buffer Fosfat
0,05 M pH 7 sebagai blangko
Larutan Analit berwarna
bening-biru
Derajat Immobilisasi Enzyme Loading
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
62 Universitas Indonesia
5. Perhitungan produktivitas biokatalitik membran mikrorektor
Luas Membran : 0,0028 m2
Volume Membran : 0,000784 dm3
Rasio Metanol : 1:3
Membran : 300 kDa
Enyme Loading : 1.851107 gr/m2
Temperatur
(oC)
Q (ml/jam)
Produktivitas (mol/h.gr
lipase)
Metil
Palmitat Metil Oleat
35 2,050698 0,012 0,003
40 2,169067 0,019 0,006
45 2,886466 0,005 0,001
Rasio Metanol : 1:4
Temperatur
(oC)
Q (ml/jam)
Produktivitas (mol/h.gr
lipase)
Metil
Palmitat Metil Oleat
35 0,996126 6,82 x 10-5
1,90 x 10-5
40 1,041004 1,80 x 10-4
6,13 x 10-5
45 1,36436 7,14 x 10-5
1,82 x 10-5
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
63
Universitas Indonesia
Rasio Metanol : 1:5
Temperatur
(oC)
Q (ml/jam)
Produktivitas (mol/h.gr
lipase)
Metil
Palmitat Metil Oleat
35 0,8174 5,60 x 10-5
2,69 x 10-5
40 2,371124 4,10 x 10-4
1,93 x 10-5
45 2,998001 1,57 x 10-4
4,27 x 10-5
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012
64
Universitas Indonesia
6. Pehitungan Laju Alir
VARIABEL
(Rasio mol;
Temperatur(oC))
Jam ke-1
(h) Jam ke-4 (h) Jam ke-24 (h)
Rata2 waktu
(h) Q(ml/jam)
(1:3;35) 1,004 1,0053 0,9177 0,975 2,051
(1:3;40) 0,921 0,921 0,925 0,922 2,169
(1:3;45) 0,704 0,752 0,623 0,693 2,886
(1:4;30) 1,002 1,005 1,005 1,004 0,996
(1:4;40) 0,955 0,955 0,972 0,961 1,041
(1:4;45) 0,810 0,804 0,585 0,733 1,364
(1:5;30) 1,001 0,953 0,703 0,885 1,130
(1:5;40) 0,420 0,424 0,423 0,422 2,368
(1:5;45) 0,204 0,334 0,500 0,346 2,891
Immobilisasi lipase..., Dini Asyifa, FT UI, 2012