Biodiesel Berbahan Baku Minyak Mentah Dedak...

13
1 Dosen Tetap Jurusan Teknik Kimia, ITS, Surabaya 2 Dosen Tetap Jurusan Teknik Kimia, NTUST, Taiwan 3 Mahasiswa Program Magister Jurusan Teknik Kimia, NTUST, Taiwan. Biodiesel berbahan Baku Minyak Mentah Dedak Padi 1 Orchidea Rachmaniah, 2 Yi-Hsu Ju, 3 Shaik Ramjan Vali, 3 Horn Jeng, dan 3 Chau-Chin Lei INTISARI Biodiesel adalah bahan bakar terbaharui, biodegradable dan tak beracun yang dibuat dari minyak atau lemak melalui reaksi transesterifikasi dengan alkohol. Mahalnya harga biodiesel menjadi masalah utama dalam usaha komersialisasi biodiesel. Harga bahan baku minyak komoditi pangan memberikan ±60-70% harga produk. Penggunaan bahan baku non-edible, low grade oil berharga murah disertai by-product recovery bernilai ekonomis diperlukan guna menurunkan biaya produksi. Minyak dedak padi berkandungan asam lemak tinggi sebagai minyak low-grade, murah, dan non- edible disertai recovery dan purifikasi senyawa-senyawa bioaktif didalamnya merupakan pilihan utama untuk menurunkan biaya produksi. Metode transesterifikasi berkatalis asam atau berkatalis lipase adalah dua metode yang sesuai untuk memproduksi biodiesel dari minyak dedak padi berkandungan asam lemak tinggi. Transesterifikasi minyak mentah dedak padi 70%FA memberikan konversi methyl ester 98,08% untuk satu jam reaksi sedangkan minyak berkandungan 3% FA hanya mencapai 24,57% konversi FAME dengan kondisi reaksi: 1:20 molar ratio, 5% methanolik HCl, dan 70 o C. Novozym 435 dan IM 60 (Immobilized lipase) effisien digunakan pada transesterifikasi minyak dedak padi. Novozym 435 effisien pada minyak dedak berkandungan asam lemak rendah maupun tinggi, sedangkan IM 60 lebih sesuai untuk minyak berkandungan asam lemak rendah. Methanolisis minyak dedak padi 60%-FA menggunakan Novozym 435 mencapai ±95% FAME untuk 6 jam reaksi. Sedangkan pada minyak berkandungan asam lemak rendah (13% FA), hanya diperoleh 50% FAME untuk waktu reaksi yang sama. Kata kunci: Biodiesel; Minyak Dedak padi; Transesterifikasi; Lipase; Senyawa bioaktif. ABSTRACT Biodiesel is a renewable, biodegradable and nontoxic fuel for diesel engines which is derived from oils and fats by transesterification with alcohols. The main hurdle to the commercialization of biodiesel is the cost of raw materials. Use of edible oils as biodiesel feedstock cost about 60-70% of raw material cost. Nonedible, inexpensive, low-grade high free fatty acid rice bran oil as raw material, continuous transesterification process and recovery and purification of bioactive compounds from biodiesel by-product are primary options to be considered to lower the cost of biodiesel. Acid-catalyzed or lipase catalyzed transesterification are the two most suitable methods to produce biodiesel from high fatty acid rice bran oil. Transesterification of crude rice bran oil high fatty acid (70% FA) formed 98.08% of FAME within 1 h reaction, however only 24.57% of FAME were formed in low fatty acid crude rice bran oil (3% FA) by the following conditions 1:20 molar ratio, 5% methanolic HCl, and 70 o C. Novozym 435 and IM 60 (immobilized lipase) were efficient in transesterification of rice bran oil. Novozym 435 is effective in esterification of both high and low fatty acid rice bran oil whereas, IM 60 is more suitable only for low fatty acid rice bran oil. About 95% of FAME were formed within 6 h in high fatty acid (60 wt%-FA) rice bran oil; however, only 50% of FAME were formed in low fatty acid rice bran oil by using Novozym 435 with in 6 h reaction. Keywords: Biodiesel; Rice bran oil; Transesterification, lipase, bioactive compounds

Transcript of Biodiesel Berbahan Baku Minyak Mentah Dedak...

Page 1: Biodiesel Berbahan Baku Minyak Mentah Dedak Padipersonal.its.ac.id/files/pub/2301-orchidea-chem-eng-Biodiesel... · Minyak dedak padi berkandungan asam lemak tinggi sebagai minyak

1Dosen Tetap Jurusan Teknik Kimia, ITS, Surabaya 2Dosen Tetap Jurusan Teknik Kimia, NTUST, Taiwan 3Mahasiswa Program Magister Jurusan Teknik Kimia, NTUST, Taiwan.

Biodiesel berbahan Baku Minyak Mentah Dedak Padi

1Orchidea Rachmaniah, 2Yi-Hsu Ju, 3Shaik Ramjan Vali, 3Horn Jeng, dan 3Chau-Chin Lei

INTISARI Biodiesel adalah bahan bakar terbaharui, biodegradable dan tak beracun yang dibuat dari minyak atau lemak melalui reaksi transesterifikasi dengan alkohol. Mahalnya harga biodiesel menjadi masalah utama dalam usaha komersialisasi biodiesel. Harga bahan baku minyak komoditi pangan memberikan ±60-70% harga produk. Penggunaan bahan baku non-edible, low grade oil berharga murah disertai by-product recovery bernilai ekonomis diperlukan guna menurunkan biaya produksi. Minyak dedak padi berkandungan asam lemak tinggi sebagai minyak low-grade, murah, dan non-edible disertai recovery dan purifikasi senyawa-senyawa bioaktif didalamnya merupakan pilihan utama untuk menurunkan biaya produksi. Metode transesterifikasi berkatalis asam atau berkatalis lipase adalah dua metode yang sesuai untuk memproduksi biodiesel dari minyak dedak padi berkandungan asam lemak tinggi. Transesterifikasi minyak mentah dedak padi 70%FA memberikan konversi methyl ester 98,08% untuk satu jam reaksi sedangkan minyak berkandungan 3% FA hanya mencapai 24,57% konversi FAME dengan kondisi reaksi: 1:20 molar ratio, 5% methanolik HCl, dan 70oC. Novozym 435 dan IM 60 (Immobilized lipase) effisien digunakan pada transesterifikasi minyak dedak padi. Novozym 435 effisien pada minyak dedak berkandungan asam lemak rendah maupun tinggi, sedangkan IM 60 lebih sesuai untuk minyak berkandungan asam lemak rendah. Methanolisis minyak dedak padi 60%-FA menggunakan Novozym 435 mencapai ±95% FAME untuk 6 jam reaksi. Sedangkan pada minyak berkandungan asam lemak rendah (13% FA), hanya diperoleh 50% FAME untuk waktu reaksi yang sama. Kata kunci: Biodiesel; Minyak Dedak padi; Transesterifikasi; Lipase; Senyawa bioaktif.

ABSTRACT Biodiesel is a renewable, biodegradable and nontoxic fuel for diesel engines which is derived from oils and fats by transesterification with alcohols. The main hurdle to the commercialization of biodiesel is the cost of raw materials. Use of edible oils as biodiesel feedstock cost about 60-70% of raw material cost. Nonedible, inexpensive, low-grade high free fatty acid rice bran oil as raw material, continuous transesterification process and recovery and purification of bioactive compounds from biodiesel by-product are primary options to be considered to lower the cost of biodiesel. Acid-catalyzed or lipase catalyzed transesterification are the two most suitable methods to produce biodiesel from high fatty acid rice bran oil. Transesterification of crude rice bran oil high fatty acid (70% FA) formed 98.08% of FAME within 1 h reaction, however only 24.57% of FAME were formed in low fatty acid crude rice bran oil (3% FA) by the following conditions 1:20 molar ratio, 5% methanolic HCl, and 70oC. Novozym 435 and IM 60 (immobilized lipase) were efficient in transesterification of rice bran oil. Novozym 435 is effective in esterification of both high and low fatty acid rice bran oil whereas, IM 60 is more suitable only for low fatty acid rice bran oil. About 95% of FAME were formed within 6 h in high fatty acid (60 wt%-FA) rice bran oil; however, only 50% of FAME were formed in low fatty acid rice bran oil by using Novozym 435 with in 6 h reaction. Keywords: Biodiesel; Rice bran oil; Transesterification, lipase, bioactive compounds

Page 2: Biodiesel Berbahan Baku Minyak Mentah Dedak Padipersonal.its.ac.id/files/pub/2301-orchidea-chem-eng-Biodiesel... · Minyak dedak padi berkandungan asam lemak tinggi sebagai minyak

1Dosen Tetap Jurusan Teknik Kimia, ITS, Surabaya 2Dosen Tetap Jurusan Teknik Kimia, NTUST, Taiwan 3Mahasiswa Program Magister Jurusan Teknik Kimia, NTUST, Taiwan.

PENDAHULUAN

Berbagai upaya telah dilakukan untuk

menghadapi krisis energi, dengan adanya

kenaikan harga BBM yang tinggi dan

ketersediaan bahan bakar minyak bumi yang

makin menipis serta masalah lain yang

menyangkut BBM diesel serta pencemaran

udara yang ditimbulkan. Diperlukan sumber-

sumber alternatif yang menghasilkan energi,

diantaranya: sinar matahari, batubara, dan

energi nuklir. Sumber energi dari sinar

matahari tidak dapat secara maksimum

dimanfaatkan, meningat nilai jualnya yang

mahal sehingga hanya akan dinikmati oleh

sebagian kecil masyarakat. Selain itu, adanya

kendala iklim tropis Indonesia yang cenderung

hujan. Sumber energi batubara, memiliki

kondisi yang tidak berbeda jauh dengan

rekannya, minyak bumi. Sumber energi ini

tidak dapat diperbaharui dan ketersediaannya

yang semakin berkurang. Sumber energi

nuklir, memerlukan biaya investasi yang cukup

tinggi dan tingginya risiko bahaya yang

ditumbulkan. Oleh sebab itu perlu adanya

antisipasi terhadap menipisnya sumber energi

dengan mencari sumber energi alternatif

terbaharukan berbasis sumber daya alam

hayati. Salah satunya dengan pembuatan

biodiesel dari minyak-lemak nabati.

Biodiesel merupakan bahan bakar

alternatif menjanjikan yang diperoleh dari

minyak tumbuhan, lemak binatang ataupun

minyak bekas melalui proses transesterifikasi

dengan alkohol. Biodiesel memberikan sedikit

polusi dibandingkan bahan bakar petroleum

selain itu biodiesel dapat digunakan tanpa

modifikasi ulang mesin diesel (Zhang et al.,

2003). Bahan bakar bio berharga lebih mahal

dibandingkan bahan bakar petroleum. Harga

biodiesel yang tinggi disebabkan mahalnya

harga bahan baku. Bahan baku memberikan

60-70% dari harga produk (Fukuda et al.,

2001). Oleh sebab itu diperlukan penelitian

mencari bahan baku alternatif yang

menghasilkan biodiesel berharga murah.

Minyak Dedak Padi

Indonesia mengkonsumsi beras sebagai

bahan makanan pokok yang menghasilkan

dedak padi sebagai produk samping usaha

penggilingan padi. Dedak padi di Indonesia

banyak digunakan sebagai campuran pakan

ternak dan bahan bakar reboiler. Minyak dedak

padi dapat diperoleh dari dedak padi yang

belum banyak dimanfaatkan hingga saat ini.

Minyak dedak padi merupakan salah

satu jenis minyak yang memiliki kandungan

nutrisi tinggi, berbagai macam asam lemak,

senyawa-senyawa biologis aktif dan senyawa-

senyawa antioxidan seperti: γ-oryzanol,

tocopherol, tocotrienol, phytosterol, polyphenol

dan squalene (Goffman et al, 2003). Minyak

mentah dedak padi sulit dimurnikan karena

tingginya kandungan asam lemak bebas dan

senyawa-senyawa tak tersaponifikasikan

(Bhattacharyya et al, 1983). Lipase dalam

dedak padi mengakibatkan kandungan asam

lemak minyak mentah dedak padi lebih tinggi

dari minyak mentah lain sehingga tidak dapat

digunakan sebagai edible oil.

Transesterifikasi

Transesterifikasi atau alkoholisis adalah

proses reaksi lemak atau minyak dengan

alkohol membentuk ester alkohol dan gliserol.

Proses ini menggunakan katalis asam ataupun

basa guna meningkatkan yield ester alkohol.

Reaksi transesterifikasi adalah reaksi

reversibel sehingga diperlukan penggunaan

alkohol berlebih untuk menggeser

Page 3: Biodiesel Berbahan Baku Minyak Mentah Dedak Padipersonal.its.ac.id/files/pub/2301-orchidea-chem-eng-Biodiesel... · Minyak dedak padi berkandungan asam lemak tinggi sebagai minyak

kesetimbangan kearah produk. Metanol,

etanol, propanol, butanol dan amyl alkohol

banyak digunakan dalam reaksi ini. Metanol

lebih banyak digunakan karena berharga lebih

murah, merupakan senyawa polar berantai

karbon terpendek sehingga bereaksi lebih

cepat dengan trigliserida, dan melarutkan

semua jenis katalis baik basa maupun asam

(Zhang et al., 2003).

Transesterifikasi Berkatalis Basa

Transesterifikasi berkatalis basa umum

digunakan pada proses produksi biodiesel

secara komersial. Metode ini dapat mencapai

90% konversi methyl ester dengan 1-2 jam

reaksi pada suhu ruang. Sedangkan

transesterifikasi berkatalis asam berlangsung

pada suhu tinggi >100oC dengan 3-48 jam

reaksi kecuali jika reaksi dilakukan pada

tekanan tinggi. Metode berkatalis basa

memerlukan bahan baku minyak anhydrous.

Ma et. al, (1998) menyarankan kandungan

asam lemak dalam minyak serendah mungkin

(<0,5% berat/berat). Fuege dan Grose (1949)

menekankan kandungan moisture minyak

<0,06% berat/berat dan tidak mengandung

asam lemak. Akan terjadi penurunan yield

ester jika reaktan yang digunakan tidak

memenuhi kedua persyaratan tersebut di atas

(Freedman et al., 1984). Adanya sedikit

kandungan asam lemak dan moisture dalam

reaktan menyebabkan terbentuknya sabun,

menurunkan yield ester dan mempersulit

pemisahan ester dan glyserol. Kehadiran asam

lemak bebas dalam minyak juga akan

mengkonsumsi katalis sehingga menurunkan

efisiensi katalis. Transesterifikasi berkatalis

basa efisien digunakan jika bahan baku minyak

berkemurnian tinggi. Oleh karena itu, metode

ini tidak sesuai untuk minyak atau lemak

berkandungan asam lemak tinggi seperti

minyak dedak padi.

Transesterifikasi Berkatalis Asam

Reaksi transesterifikasi berkatalis asam

berjalan lebih lambat namun metode ini lebih

sesuai untuk minyak atau lemak berkandungan

asam lemak relatif tinggi (Freedman et al.,

1984 dan Fukuda et al., 2001). Penelitian

sebelumnya mengetahui bahwa

transesterifikasi berkatalis asam dapat

digunakan pada bahan baku minyak bermutu

rendah atau memiliki kandungan asam lemak

tinggi (Aksoy et al., 1988) sehingga metode ini

lebih sesuai untuk minyak dedak padi.

Transesterifikasi Berkatalis Lipase

Kekurangan kedua metode di atas

(transesterifikasi berkatalis basa maupun

asam) adalah diperolehnya larutan katalis yang

homogen dengan lapisan glyserol setelah

reaksi berlangsung sehingga katalis tidak

dapat digunakan kembali (reused). Selain itu,

buangannya bersifat tak ramah lingkungan

akibat penggunaan bahan kimia. Kekurangan

ini diatasi dengan penggunaan biokatalis

sebagai pengganti katalis kimia.

Transesterifikasi lipase memerlukan kemurnian

bahan baku tinggi sehingga diperlukan

pretreatment bahan baku (degumming dan

dewaxes untuk minyak mentah dedak padi)

dan penggunaan jenis katalis lipase yang

tahan terhadap alkohol. Penelitian ini merupakan penelitian

pendahuluan yang dilakukan sebagai

serangkaian penelitian mengenai pemanfaatan

minyak mentah dedak padi sebagai bahan

baku penghasil biodiesel. Penelitian ini

bertujuan menganalisa keunggulan minyak

mentah dedak padi sebagai bahan baku

Page 4: Biodiesel Berbahan Baku Minyak Mentah Dedak Padipersonal.its.ac.id/files/pub/2301-orchidea-chem-eng-Biodiesel... · Minyak dedak padi berkandungan asam lemak tinggi sebagai minyak

pembuatan biodiesel dibandingkan minyak

lainnya.

METODE PENELITIAN

Ekstraksi Minyak Mentah Dedak Padi

50 g dedak padi di letakkan dalam

thimble ekstraksi dan meletakkan thimble

dalam soxhlet. Selanjutnya dilakukan proses

ekstraksi menggunakan 250 mL hexane teknis

sebagai pelarut. Proses dilakukan ±1-2 jam

hingga semua minyak terekstrak. Minyak

mentah dedak padi dipisahkan dari

pelarutnya/hexane menggunakan rotary

evaporator.

Transesterifikasi

Transesterifikasi minyak dedak padi

dengan katalis asam dilakukan pada skala

laboratorium menggunakan three-bottomed

flask dilengkapi reflux kondenser dan

termometer. Campuran reaksi direflux pada

suhu konstan menggunakan magnetic stirrer

dalam oil bath. Setiap interval waktu tertentu,

diambil 100 µL campuran reaksi untuk

keperluan analisa. 100 µL campuran reaksi

disimpan dalam botol sampel yang berisi 2 Ml

air dan 2 Ml hexan. Selanjutnya larutan

tersebut dikocok rata. Lapisan atas, fase

organik, mengandung fatty acid methyl

ester/FAME, triglyserida/TG, diglyserida/DG

dan monoglyserida/MG sedangkan fase

aqueous-nya mengandung sisa methanol,

glyserol dan katalis. Jalannya reaksi dimonitor

secara kuantitatif menggunakan kromatografi

lapis tipis/Thin Layer Chromatography. 1 µL

sampel hasil reaksi (fase hexane) di teteskan

pada lempeng dan selanjutnya di masukkan

dalam sistem solvent n-

hexane/ethylacetate/asam asetat (90:10:1,

v/v/v).

Analisa Komposisi Asam Lemak

Komposisi asam lemak dianalisa

menggunakan gas chromatography setelah

terlebih dahulu dikonversikan menjadi FAME

yang sesuai dengan menambahkan 20%

BF3/methanol pada 60oC. Digunakan model

Chromatography China 8700F (Taipei, Taiwan)

dilengkapi FID. Kolom yang digunakan SP-

2330 (30 x 0.25 mm i.d; Supelco, Bellefonte,

PA). Suhu injektor dan detektor di set pada

250 dan 260oC. Suhu kolom dijaga pada 160oC

selama 2 menit selanjutnya dinaikkan hingga

235oC dengan laju konstan 15oC /menit,

selama 8 menit. Menggunakan 1:50 sebagai

split ratio.

Analisa Komposisi Produk Reaksi

Komposisi produk hasil reaksi berupa

senyawa bioaktif, FAME, TG, FA, DG dan MG

dianalisa dengan gas kromatografi tipe

Shimadzu GC-17A (Kyoto, Japan) yang

dilengkapi FID. Kolom yang digunakan adalah

DB-5HT (5%-Phenyl)-methylpolysiloxane

nonpolar (15 meters x 0.32 mm i.d.; Agilent

Tech. Palo Alto, California). Suhu injektor dan

detektor diset pada 365 dan 370oC. Suhu

kolom dijaga pada 80oC selama 0 menit,

meningkat hingga 370oC dengan laju 15oC

/menit dan dijaga pada 370oC selama 10

menit. Digunakan 1:50 split ratio pada tekanan

60 kPa dengan nitrogen sebagai gas

pembawa.

HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik minyak dedak padi

Minyak dedak padi belum banyak

dimanfaatkan hingga saat ini. Minyak ini

berkandungan nutrisi tinggi: fatty acids,

senyawa-senyawa biologis aktif serta

senyawa-senyawa antioxidant (γ-oryzanol,

Page 5: Biodiesel Berbahan Baku Minyak Mentah Dedak Padipersonal.its.ac.id/files/pub/2301-orchidea-chem-eng-Biodiesel... · Minyak dedak padi berkandungan asam lemak tinggi sebagai minyak

mV

minute0 5 10 15

Fatty Acid dari CRBO

Fatty Acid dari SBO

As. Palmitat

As. Oleat

As. Linoleat

mv

Retention time (min)5 10 15

50

100

150

200

250

300

350

400

450

1)5.

035

2)6.

235

3)14

.422

4)15

.015

5)18

.057

6)

18.5

32 7)18

.978

8)

19.4

63

TG

Oryzanol, waxes

FA

MG

DG

Vit E + tocopherol

tocopherol, tocotrienol, phytosterol, polyphenol

dan squalene). Oleh karena itu, dicoba

memanfaatkan minyak tersebut sebagai bahan

baku pembuatan biodiesel. Terlebih dahulu

dilakukan analisa gas kromatografi untuk

mengetahui komponen-komponen minyak

dedak padi guna menentukan tahap penelitian

selanjutnya. Gambar 1 menunjukkan

khromatogram minyak mentah dedak padi,

terlihat kandungan fatty acid yang tinggi dan

senyawa-senyawa antioxidant (γ-oryzanol, dan

tocopherol) dan komposisinya di tampilkan

pada Tabel 1.

Tabel 1. Komposisi minyak mentah dedak padi high free fatty acid

Jenis dan komposisi asam lemak minyak

dedak padi ditunjukkan khromatogram Gambar

2 dan Tabel 2. Penggunaan minyak dedak padi

sebagai bahan baku disertai recovery dan

pemurnian senyawa-senyawa tersebut sebagai

produk samping diharapkan dapat menurunkan

biaya produksi pembuatan biodiesel.

Tabel 2. Komposisi asam lemak minyak mentah dedak padi (CRBO) dan minyak kedelai (SBO)

Gambar 1. Khromatogram minyak mentah dedak padi Khromatogram Gambar 1 dan 2 menunjukkan

kandungan nutrisi minyak dedak padi: asam

lemak tak jenuh (Asam Oleat dan Asam

Linoleat), senyawa-senyawa bioaktif serta

senyawa-senyawa antioxidant.

Gambar 2. Khromatogram asam lemak dalam CRBO dan SBO

Telah dilakukan penelitian lain untuk

merecovery γ–oryzanol, vitamin E dan

senyawa bioaktif lain dalam minyak dedak padi

menggunakan distillasi bertekanan rendah.

Komponen Komposisi (%-berat)

Triglyserida Diglyserida Monoglyserida Asam lemak γ-oryzanol Vitamin E dan tocopherol

18,90 6,69 0,19 69,54 3,77 0,91

Jenis Asam Lemak

Konsentrasi (%-berat)

CRBO SBO Asam Miristat C14:0 Asam Palmitat C16:0 Asam Stearat C18:0 Asam Oleat C18:1 Asam Linoleat C18:2 Asam Linolenat C18:3 Asam Arachidik C20:0

0,3366 17,2096 1,7112

45,7510 33,4208 0,3645 1,2063

- 4,3401

11,3665 23,9698 53,8682

- 6,4554

Page 6: Biodiesel Berbahan Baku Minyak Mentah Dedak Padipersonal.its.ac.id/files/pub/2301-orchidea-chem-eng-Biodiesel... · Minyak dedak padi berkandungan asam lemak tinggi sebagai minyak

Ekstraksi liquid-liquid menggunakan

kholoroform digunakan untuk memisahkan

produk hasil transesterifikasi menjadi dua fasa

yaitu fasa organik dan fasa aqueous.

Selanjutnya fase organik di cuci dengan

aquades hingga semua metanol sisa reaksi,

katalis, gliserol dan air terpisahkan. Fase

organik yang bebas air di distillasi pada

tekanan rendah untuk memperoleh FAME

sebagai fraksi ringan dan senyawa-senyawa

bioaktif sebagai fraksi berat (residue). Metode

ini dapat merecovery senyawa-senyawa

bioaktif hingga 98%, namun penelitian tersebut

belum berhasil memperoleh kondisi optimal

yang dapat merecovery seluruh senyawa-

senyawa bioaktif tanpa adanya kerusakan fisik-

kimiawi yang berarti.

Keunggulan lain dari dedak padi adalah

tingginya kandungan protein (12-15%)

(Rukmini, C., 1988). Dedak padi mengandung

lysine dengan ratio efisiensi protein tinggi yang

mudah dicerna (<90%). Sembilan asam amino

essensial (threonine, valine, leucine,

isoleucine, lysine, tryptophan, phenylalanine,

methionine, dan histidine) diidentifikasi

terkandung dalam dedak. Kesembilan asam

amino tersebut diperlukan bagi pertumbuhan

dan perkembangan balita (Rukmini, C., 1988).

Gambar 3 menampilkan kromatogram asam-

asam amino dedak padi. Dedak padi juga

diyakini mengandung komponen-komponen

yang diperlukan untuk menyusun makanan

balita. Penambahan komponen-komponen

tersebut dapat digunakan sebagai makanan

diet bagi anak-anak penderita alergi makanan

tertentu. Selain sebagai sumber vitamin dan

mineral, dedak padi adalah sumber

serat/dietary fiber. Kandungan seratnya

berkisar 12%. Serat-diet terlarut/dietary soluble

fiber pada dedak padi digunakan untuk

treatment hyperlipidemia. Dedak beserta

kandungan serat di dalamnya bermanfaat pada

perawatan penyakit jantung koroner-arteri

(Rukmini, C., 1988). Dedak padi

terekstrak/defatted rice bran memiliki berbagai

kegunaan selain pemanfaatannya sebagai

bahan pakan ternak mengingat kandungan

proteinnya hanya berkurang sedikit akibat

proses ekstraksi.

Gambar 3. Kromatogram IEC asam amino menggunakan kromatografi pertukaran ion (High Speed Amino Acid Analyzer-Hitachi Model 835, Ninhydrin postcolumn-reaction detection)

Tabel 3 menampilkan data komposisi

asam amino dedak padi dan defatted rice bran

hasil analisa kromatografi pertukaran ion.

Tabel 3. Hasil analisa asam amino dedak padi

Jenis asam amino Komposisi (%-berat) Dedak padi

defatted rice bran

Aspartate (Asp) Threonine (Thr) Serine (Ser) Glutamate (Glu) Glycine (Gly) Alanine (Ala) Cysteine (Cys) Valine (Val) Methionine (Met) Isoleucine (Ile)

1,104 0,551 0,634 2,192 0,616 0,767 0,213 0,748 0,249 0,639

0,944 0,432 0,533 1,930 0,559 0,676 0,221 0,649 0,202 0,481

Page 7: Biodiesel Berbahan Baku Minyak Mentah Dedak Padipersonal.its.ac.id/files/pub/2301-orchidea-chem-eng-Biodiesel... · Minyak dedak padi berkandungan asam lemak tinggi sebagai minyak

Leucine (Leu) Tyrosine (Tyr) Phenylalanine (Phe) Lysine (Lys) NH3 Histidine (His) Arginine (Arg) Proline (Pro)

1,130 0,602 0,663 0,491 0,254 0,282 0,927 0,586

0,924 0,436 0,566 0,454 0,258 0,270 0,864 0,511

TOTAL 12,649 10,919

Bagian penelitian yang lain

mengkonsentrasikan pekerjaannya pada

usaha merecovery protein dari dedak padi

sebagai konsentrat makanan. Salah satu

metode yang diujikan adalah HPLC (High

Performance Liquid Chromatography),

mengingat kandungan protein hanya sedikit

berkurang (1-2% -b) setelah proses ekstraksi

soxhlet.

Pengaruh Waktu Penyimpanan dan Kandungan Moisture Dedak Padi terhadap Kandungan Asam Lemak

Selain memiliki beberapa keunggulan

sebagaimana tersebut di atas, minyak ini juga

memiliki kekurangan: tingginya kandungan

lipase dalam dedak padi mengakibatkan

kandungan asam lemak minyak mentah dedak

padi lebih tinggi dari minyak mentah lain

sehingga tidak dapat digunakan sebagai edible

oil. Selain itu, minyak mentah dedak padi

berwarna coklat dan sulit dimurnikan karena

tingginya kandungan asam lemak dan

senyawa-senyawa tak tersaponifikasikan

(Bhattacharyya et al, 1983).

Dedak padi memiliki beberapa enzym

diantaranya adalah enzym lipase yang

berperan dalam hidrolisa triglyserida menjadi

asam lemak dan partial glyserida (MG dan

DG). Saat padi tumbuh, lipase dalam dedak

terisolasi dalam sel yang berbeda. Seiring

dengan proses penggilingan sesaat setelah

padi dipanen, sel-sel tersebut rusak sehingga

lipase dan minyak akan bertemu. Enzym lipase

hanya memerlukan waktu beberapa jam untuk

membuat minyak menjadi tengik akibat

terhidrolisanya triglyserida (Orthoefer, F.T.,

1996). Peningkatan lipase pada padi juga

dipengaruhi oleh adanya moisture.

Penggilingan yang dilakukan sesegera

mungkin setelah padi dipanen hanya

memberikan minyak dedak padi dengan 3-5%

asam lemak. Peningkatan kandungan asam

lemak dalam minyak akan menyebabkan

minyak tengik.

Laju hidrolisa triglyserida oleh lipase

dipengaruhi beberapa kondisi: waktu

penyimpanan, suhu, dan kandungan moisture.

Gambar 4 dan Gambar 5 menunjukkan

pengaruh waktu penyimpanan dan kandungan

moisture terhadap peningkatan asam lemak

dalam minyak dedak padi.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100waktu penyimpanan (hari)

kand

unga

n FA

(%-b

erat

)

A

Gambar 4. Pengaruh waktu penyimpanan terhadap kandungan FA dalam minyak dedak padi (500 g dedak padi dengan kandungan moisture dan FA awal 10.2% dan 6.8%. Penyimpanan dilakukan dalam wadah tertutup pada suhu kamar 25-32oC)

Page 8: Biodiesel Berbahan Baku Minyak Mentah Dedak Padipersonal.its.ac.id/files/pub/2301-orchidea-chem-eng-Biodiesel... · Minyak dedak padi berkandungan asam lemak tinggi sebagai minyak

Gambar 5. Pengaruh waktu penyimpanan dan kandungan moisture terhadap kandungan FA dalam minyak dedak padi (500 g dedak padi dengan kandungan moisture dan FA awal 8,6% dan 5,5%. Penyimpanan dilakukan dalam wadah tertutup pada suhu kamar 25-32oC) Transesterifikasi berkatalis Asam Minyak Mentah Dedak Padi

Gambar 6 menunjukkan penelitian

pendahuluan transesterifikasi berkatalis asam

minyak kedelai dengan methanol sedangkan

untuk minyak mentah dedak padi ditunjukkan

Gambar 7. Kondisi reaksi yang digunakan

untuk kedua reaksi tersebut adalah: 120 molar

ratio minyak terhadap alkohol, 10% Methanolik

HCl, 70oC.

Terlihat pada Gambar 7 bahwa laju

reaksi awal minyak mentah dedak padi

berjalan cepat dan ±90% FAME telah

terbentuk pada satu jam reaksi dan

penambahan waktu reaksi berikutnya hanya

mencapai 95% konversi untuk 24 jam reaksi.

Mengingat kandungan triglyserida dalam

minyak hanya sedikit berkurang, sangatlah

mungkin jika hampir semua asam lemak telah

dikonsumsi dalam 60 menit awal menjadi

FAME dan terdapat sedikit peningkatan

konversi FAME pada waktu reaksi selanjutnya

disebabkan adanya sedikit triglyserida yang

bereaksi dengan methanol.

Gambar 6. Komposisi produk transesterifikasi berkatalis asam minyak kedelai murni.

Hasil yang berbeda diperoleh pada

Gambar 6 pada transesterifikasi minyak

kedelai murni. Terlihat bahwa konversi FAME

hanya mencapai ±65% pada 30 jam reaksi.

Peningkatan waktu reaksi hingga 15 jam, tidak

memberikan peningkatan konversi FAME yang

signifikan.

Perbedaan keaktifan triglyserida dan

asam lemak pada methanolisis berkatalis

asam diteliti lebih lanjut menggunakan

triglyserida dan asam lemak murni sebagai

substrat (Gambar 8 dan 9).

waktu reaksi (jam)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

(%-b

)

FAMEFATGMG/ DG

0

5

10

15

20

25

30

35

0 2 4 6 8 10

waktu penyimpanan (hari)

kand

unga

n FA

(%-b

erat

)

no addition water5%wt water8%wt water15%wt water

B

Page 9: Biodiesel Berbahan Baku Minyak Mentah Dedak Padipersonal.its.ac.id/files/pub/2301-orchidea-chem-eng-Biodiesel... · Minyak dedak padi berkandungan asam lemak tinggi sebagai minyak

B (1) B(2)

1 5

B(1)

1 2 3 4

FAME

FA

TG

MG/DG

A(2) B (2)

1 1 5 2

A(1)

1 2 3 4

FAME

FA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6

waktu reaksi (jam)

(%-b

)

FAME

FA

TG

MG/DG

Gambar 7. Komposisi produk transesterifikasi berkatalis asam minyak mentah dedak padi (70%-FA).

Gambar 8. Kromatogram kromatografi lapis tipis transesterifikasi FA murni minyak mentah dedak padi (1:20 molar ratio, 10% methanolik HCl, 70oC). Line 1: 0 menit; line 2: 15 menit; line 3: 30 menit; line 4: 60 menit dan line 5: 24 jam reaksi.

Kromatogram Gambar 8 dan 9

menunjukkan asam lemak reaktif membentuk

FAME dibandingkan triglyserida. Spot FAME

telah terlihat pada 15 menit awal pada

esterifikasi asam lemak murni (Gambar 8, line

2) dan setelah 60 menit reaksi, sebagian besar

asam lemak telah terkonversi menjadi esternya

(Gambar 8, line 4). Sedangkan untuk

transesterifikasi triglyserida murni, spot FAME

baru terlihat setelah 60 menit reaksi (Gambar

9, line 4).

Gambar 9. Kromatogram kromatografi lapis tipis transesterifikasi TG murni minyak mentah dedak padi (1:20 molar ratio, 10% methanolik HCl, 70oC). Line 1: 0 menit; line 2: 15 menit; line 3: 30 menit; line 4: 60 menit dan line 5: 24 jam reaksi.

Analisa kuantitatif menggunakan gas

kromatografi menunjukkan, transesterifikasi

triglyserida murni hanya memberikan ±1%

konversi FAME untuk 60 menit reaksi dan nilai

konversi FAME sedikit meningkat hingga 3-4%

untuk 47 jam reaksi berikutnya. Sedangkan

98,5% asam lemak telah terkonversi sempurna

menjadi FAME dalam 60 menit reaksi.

Dari hasil penelitian di atas (Gambar 8

dan 9), disimpulkan bahwa tranesterifikasi

berkatalis asam sesuai untuk minyak

berkualitas rendah seperti minyak mentah

dedak padi. Mengingat kandungan asam

lemak minyak dedak padi meningkat seiring

dengan lamanya waktu penyimpanan (Gambar

4) dan diduga peningkatan kandungan asam

lemak dalam minyak mentah dedak padi akan

memperbesar konversi methyl ester yang

dicapai. Selanjutnya dilakukan methanolisis

berkatalis asam minyak mentah dedak padi

dengan berbagai kandungan asam lemak

(Gambar 10).

Page 10: Biodiesel Berbahan Baku Minyak Mentah Dedak Padipersonal.its.ac.id/files/pub/2301-orchidea-chem-eng-Biodiesel... · Minyak dedak padi berkandungan asam lemak tinggi sebagai minyak

Gambar 10. Konversi metyl ester yang dicapai pada transesterifikasi minyak mentah dedak padi (berbagai %FA), 1:20 molar ratio, 5% methanolik HCl, dan 70oC.

Transesterifikasi minyak mentah dedak

padi 70%FA mencapai konversi metly ester

tertinggi, 98,08% untuk satu jam reaksi.

Sedangkan minyak berkandungan 3% FA

hanya tercapai 24,57% konversi FAME.

Minyak berkandungan asam lemak cukup

tinggi (Gambar 10: 15%FA, 60%FA dan

70%FA) memberikan perbedaan nilai yang

tidak mencolok untuk konversi metyl ester

yang dicapai (85-98% konversi FAME untuk

satu jam reaksi) dibandingkan konversi methyl

ester yang dicapai minyak berkandungan

3%FA, 7%FA dan 10%FA (25-75% konversi

FAME untuk satu jam reaksi).

Hal ini terjadi karena hanya komponen

yang terlarut dalam fase metanol (asam lemak

dan gliserida) yang akan terkonversi menjadi

FAME dan komponen lain (seperti triglyserida)

sedikit terkonversi melalui reaksi

transesterifikasi akibat rendahnya kelarutan

komponen tersebut dalam metanol pada

minyak berkandungan asam lemak rendah.

Gambar 10 menunjukkan

kecenderungan hasil penelitian yang

memungkinkan terjadinya nilai konversi metyl

ester konstan pada peningkatan kandungan

asam lemak tertentu (kandungan asam lemak

tidak berpengaruh terhadap konversi metyl

ester). Hal tersebut dapat terjadi jika semua

asam lemak, trigliserida dan gliserida

terkonversi sempurna menjadi methyl ester

akibat kelarutan trigliserida dan gliserida dalam

methanol mencapai nilai maksimum.

Transesterifikasi Minyak Dedak Padi berkatalis Lipase

Penggunaan katalis enzim-Lipase

merupakan metode alternatif untuk reaksi

transesterifikasi. Keunggulan metode ini

adalah buangan yang bersifat ramah

lingkungan akibat penggurangan penggunaan

bahan kimia. Penggunaan enzim Lipase

memerlukan penelitian mendalam lebih lanjut

mengenai: screening jenis lipase, jumlah

lipase, pretreatment lipase, aktivasi lipase,

penggaruh solvent terhadap keaktifan enzim,

suhu reaksi, dan penggunaan ulang/reusability

enzim tsb.

Beberapa jenis lipase, baik free maupun

immobilized lipase telah diteliti pada reaksi

transesterifikasi minyak dedak padi.

Immobilized lipase seperti: Novozym 435 dan

IM 60 telah diketahui lebih effisien digunakan

pada reaksi transesterifikasi minyak dedak

padi membentuk FAME. Novozym 435 effisien

digunakan baik pada minyak dedak padi

berkandungan asam lemak rendah ataupun

tinggi, sedangkan IM 60 lebih sesuai untuk

minyak dedak padi berkandungan asam lemak

rendah.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60Waktu (menit)

Met

hyl e

ster

(%- b

)

3% FA 7% FA10% FA 15% FA60% FA 70% FA

Page 11: Biodiesel Berbahan Baku Minyak Mentah Dedak Padipersonal.its.ac.id/files/pub/2301-orchidea-chem-eng-Biodiesel... · Minyak dedak padi berkandungan asam lemak tinggi sebagai minyak

Gambar 11. Kandungan FA dan FAME pada transesterifikasi minyak dedak padi berkatalis Lipase (Novozym 435 dan IM 60). : FAME, ∆: FA. Warna gelap: Novozym 435, warna terang: IM 60.

Gambar 12. Pengaruh kandungan asam lemak pada transesterifikasi minyak dedak padi berkatalis Lipase.

Reksi metanolisis minyak dedak padi

dengan 5%-berat lipase, 50oC dan

penambahan metanol secara bertahap,

menunjukkan hasil Novozym 435 lebih effisien

dibandingkan IM 60. Dengan 6 jam reaksi,

±88% FAME telah terbentuk sedangkan

kandungan asam lemak/FA dan triglyserida/TG

berkurang berturut-turut dari 76,5% dan 8,25%

hingga 1,1% dan 1,1% (Gambar 11).

Methanolisis minyak dedak padi dengan

berbagai kandungan asam lemak

menggunakan Novozym 435 pada 50oC di

tampilkan pada Gambar 12. Minyak dedak padi

60%-FA mencapai ±95% FAME dengan 6 jam

reaksi. Sedangkan pada minyak berkandungan

asam lemak rendah, hanya diperoleh 50%

FAME dengan waktu reaksi yang sama.

SIMPULAN

Penelitian pendahuluan mengenai

pemanfaatan minyak mentah dedak padi

sebagai bahan baku penghasil biodiesel ini

menghasilkan beberapa simpulan:

1. Minyak mentah dedak padi dengan

kandungan protein, senyawa bioaktif serta

senyawa antioxidant tinggi berpotensi

untuk direcovery dan di jual sebagai by-

product berharga tinggi.

2. Lamanya waktu penyimpanan dan

kandungan moisture dalam dedak padi

mempengaruhi tinggi-rendahnya

kandungan asam lemak.

3. Transesterifikasi berkatalis asam sesuai

digunakan untuk minyak berkandungan

asam lemak tinggi (> 3% FA).

Transesterifikasi dengan kondisi reaksi: 1:20 molar ratio, 5% metanolik HCl, dan

70oC pada minyak dedak padi

berkandungan 70% FA mencapai 98,08%

konversi FAME dan 24,57% konversi pada

minyak berkandungan 3% FA dengan satu

jam reaksi.

4. Penggunaan Novozym 435 sebagai katalis

effisien pada minyak dedak berkandungan

asam lemak rendah maupun tinggi,

sedangkan IM 60 lebih sesuai untuk

minyak berkandungan asam lemak rendah.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8 10 12 14

Reaction time (h)

ME

con

tent

(%)

60%wt FFA

40%wt FFA

13%wt FFA

Waktu (jam)

Kan

dung

an M

E (%

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8 10

time (h)

conte

nt (%

)

Waktu (jam)

Kan

dung

an (%

)

Page 12: Biodiesel Berbahan Baku Minyak Mentah Dedak Padipersonal.its.ac.id/files/pub/2301-orchidea-chem-eng-Biodiesel... · Minyak dedak padi berkandungan asam lemak tinggi sebagai minyak

Penggunaan enzim lipase sebagai katalis

reaksi transesterifikasi memerlukan

perhatian lebih dalam prakteknya,

mengingat lipase rentan terhadap

penambahan alkohol sekaligus. Namun

penggunaannya secara bertahap akan

memberikan konversi FAME yang besar

dalam waktu singkat serta menguntungkan

karena lipase dapat di gunakan secara

berulang.

5. Metanolisis minyak dedak padi 60%-FA

menggunakan Novozym 435 mencapai

±95% konversi FAME untuk 6 jam reaksi

dan 50% konversi FAME pada minyak

berkandungan asam lemak rendah (13%

FA) dengan waktu reaksi yang sama.

SARAN

Pengembangan biodiesel sebagai bahan bakar

terbarukan berbasis minyak nabati merupakan

suatu prakarsa yang urgen dan strategis,

sementara potensi keanekaragaman

sumberdaya hayati domestik sangat melimpah

dan belum banyak dimanfaatkan. Pembuatan

biodiesel berbasis minyak dedak padi

berkandungan asam lemak tinggi memerlukan

penelitian lebih lanjut khususnya mengenai

faktor-faktor yang mempengaruhi peningkatan

yield metil ester baik menggunakan metode

transesterifikasi berkatalis asam ataupun

berkatalis lipase. Selain itu, penelitian tentang

pemanfaatan produk samping berupa senyawa

bioaktif, protein dan senyawa antioxidant perlu

diperdalam guna memberikan by-product

bernilai ekonomis yang dapat menurunkan

biaya produksi pembuatan biodiesel berbahan

baku minyak dedak padi.

DAFTAR RUJUKAN

Aksoy, H.A., I. Kahraman, F. Karaosmanoglu,

and H. Civelekoglu, (1988), “Evaluation of

Turkish Sulphur Olive Oil as and

Alternative Diesel Fuel”, dalam: J. Am. Oil

Chem. Soc. Vol.65.936-938.

Bhattacharyya, D.K., M.M. Chakrabarty, R.S.

Vaidyanathan, A.C Bhatachryya, (1983), “A

Critical Study of The Refining of Rice Bran

Oil”, dalam: J. Am. Oil Chem. Soc.

Vol.60.467-471.

Feuge, R.O. and T. Grose, (1949),

“Modification of Vegetable Oils. VII. Alkali

Catalyzed Interesterification of Peanut Oil

with Ethanol”, dalam: J. Am. Oil Chem.

Soc. Vol.26.97-102.

Freedman,B., E.H. Pryde and T.L. Mounts,

(1984), “Variables Affecting the Yields of

Fatty Esters from Transesterified

Vegetable Oils”, dalam: J. Am. Oil Chem.

Soc. Vol.61.1638-1643.

Fukuda, H., A. Kondo, and H.Noda, (2001), “

Biodiesel Fuel Production by

Transesteification of Oils”, dalam: J. Biosci.

Bioeng. Vol.92.405-416.

Goffman, F.D., (2003), “Genetic diversity for

Lipid Content and Fatty Acid Profile in Rice

Bran”, dalam: J. Am. Oil Chem. Soc.

Vol.80.485-490

Köse,Ö., M.Tü ter and H.Aÿse Aksoy, (2002),

“Immobilized Candida antarctica Lipase-

Catalyzed Alcoholysis of Cotton Seed Oil

in a Solvent-Free Medium”, dalam:

Bioresource Technol. Vol.83.125-129.

Ma, F., L.D. Clements, and M. A. Hanna,

(1998), “Biodiesel Fuel from Animal Fat.

Ancillary Studies on Transesteification of

Beef Tallow”, dalam: Ind. Eng. Chem. Res.

Vol.37.3768-3771.

Page 13: Biodiesel Berbahan Baku Minyak Mentah Dedak Padipersonal.its.ac.id/files/pub/2301-orchidea-chem-eng-Biodiesel... · Minyak dedak padi berkandungan asam lemak tinggi sebagai minyak

Ma, F., and M.A. Hanna, (1999), “Biodiesel

Production: A Review”, dalam: Bioresource

Technology. Vol.70.1-15.

Mittelbach, M., (1990), “Lipase Catalyzed

Alcoholysis of Sunflower Oil”, dalam: J.

Am. Oil Chem. Soc. Vol.67.168-170.

Orthoefer, F.T., (1996), “Bailey’s Industriral

Oils and Fat Products”, Vol.2, Y.H.Hui

(eds.) A Wiley-Interscience.

Rukmini, C., (1988), “Chemical, Nutritional and

Toxicological Studies of Rice Bran Oil”,

dalam Food Chemistry. Vol.30.257-268.

Selmi, B., and D. Thomas, (1998),

“Immobilized Lipase-Catalyzed Ethanolysis

of Sunflower Oil in a Solvent-Free

Medium’, dalam: J. Am. Oil Chem. Soc.

Vol.75.691-695.

Zhang Y., Dube, M. A., McLean, D. D., Kates,

M., (2003), ”Review Paper: Biodiesel

Production from Waste Cooking Oil: 1.

Process Design and Technological

Assessment”, dalam: Bioresource

Technol.. Vol.89.1-16.