Tugas kimia BioorganikAnis Wahyu Fadhilah / 4311411023

Review dari artikel :Enzymatic transesterification for biodiesel productionShweta Shah, Shweta Sharma dan M N Gupta *Jurusan Kimia, Indian Institute of Technology, Delhi, Hauz Khas, New Delhi 110 016, India

Transesterifikasi enzimatik untuk produksi biodiesel

Biodiesel terdiri dari ester monoalkil pada asam lemak rantai panjang.Diproduksi dari minyak nabati atau lemak baik dengan transesterifikasi atau dengan lipase-terkatalis transesterifikasi dengan metanol atau etanol.Biodiesel merupakan bahan bakar hijau dan dapat digunakan sebagai campuran dengan solar atau tanpa pencampuran.Pada sisi lain, tidak memerlukan modifikasi dalam desain mesin atau fasilitas penyimpanan. Proses enzimatik menawarkan beberapa keunggulan dibandingkan rute kimia. Kenaikan biaya proses karena dari biaya enzim dapat diatasi dengan menggunakan proses produksi yang efisien untuk enzim dan menggunakan kembali derivatif dapat digunakan enzim, seperti enzim amobil.Banyak strategi yang tersedia di bidang enzim non-aquoeus dapat dieksploitasi selama alkoholisis enzimatis untuk produksi biodiesel.Beberapa tantangan teknis dan larutan juga dibahas.Kata kunci:Biodiesel, reaksi transesterifikasi, lipase, minyak ekstraksi, enzim dalam pelarut organic

PengantarKebutuhan akan sumber energi bersih diperlukan be-penyebab emisi partikel karsinogenik dari mesin diesel, yang menyebabkan polusi dan 'dunia pemanasan '.Cadangan depleting minyak bumi berbasis produk juga telah membuat para ilmuwan mencari terbarukan sumber energi.Konsep alamat biodiesel isu-isu kembar.Biodiesel adalah efisien, bersih, non- energi alternatif beracun dan biodegradable untuk petro- bahan bakar perminyakan .Meskipun "diesel" adalah bagian dari namanya, tidak ada minyak bumi atau bahan bakar fosil lainnya di bio- diesel."Biodiesel" berarti ester monoalkil yang : berasal dari produksi dalam negeri sayuran minyak, lemak terbarukan, lemak hewan yang diberikan atau kombinasi bahan-bahan tersebut;dan memenuhi persyaratan ASTM PS121, pro- spesifikasi dibayang untuk biodiesel.The standar ASTM 3 , Standar India 4 dan stan- dard D1NV51606 telah ditetapkan dalam litera-theture.Bahkan, penggunaan minyak nabati (misalnya dari kelapa, kedelai, bunga matahari, kacang, zaitun dll) seperti bahan bakar alternatif untuk mesin diesel tanggal kembali ke hamper abad.Masalah dengan penggunaan langsung minyak tersebut muncul karena viskositas yang lebih tinggi dan lebih rendah kualitas pengapian dibandingkan dengan diesel.Masalah lebih parah dalam kasus mesin direct injection daripada di mesin kurang efisien karena mesin precombustion.Dalam kasus mesin langsung, campuran yang sangat encer dari minyak diesel dapat digunakan.Awal pendekatan untuk meningkatkan kegunaan dari sayuran minyak terdiri dari pirolisis minyak.The pyrolysates memiliki viskositas rendah dan angka cetane yang lebih tinggi daripada minyak induk sayur.Kemudian pekerjaan, tentu saja, menunjukkan bahwa produksi asam lemak metil ester dari minyak nabati adalah jauh lebih memuaskan pendekatan.Ini konversi minyak ke ester adalah dasarnya reaksi transesterifikasi (Skema 1).Itu adalah ester metil asam lemak ini atau etil ester, yang adalah kolektif bernama biodiesel. Ini Reaksi transesterifikasi dapat dikatalisis oleh asam atau alkali.Akhir-akhir ini, pekerjaan besar telah dilakukan keluar pada produksi biodiesel dengan menggunakan lipase sebagai katalis.Tinjauan ini melihat upaya ini setelah membahas keuntungan yang terkait dengan mengganti katalis kimia dengan enzim dalam con-the teks produksi biodiesel.

Menentukan bahan awal Salah satu dari dua reaktan dalam transesterifikasi adalah metanol atau etanol.Seperti etanol dapat diperoleh dari sumber-sumber terbarukan, itu adalah bahan awal yang lebih disukai. Degradasi pati secara kimia atau enzimatik Metode menghasilkan glukosa;fermentasi sebesar seluruh katalisis sel menghasilkan etil alkohol.Pada kedua langkah, gratis serta biocatalysts amobil telah digunakan.Lemak atau minyak dapat diperoleh biasanya dari biji atau kernel dari berbagai sumber tanaman.Sayangnya, ada kesenjangan antara produksi dan permintaan dalam kasus minyak nabati.Dengan demikian, rea- Pendekatan sonable telah mencari minyak, yang tidak digunakan untuk tujuan dimakan.Jatropha,tropis tanaman telah dipelajari secara ekstensif untuk produksi biodiesel.Minyaknya berisi beberapa zat beracun,yang membuatnya layak untuk konsumsi manusia.Ini mungkin juga menambahkan bahwa beberapa orang merasa bahwa menggunakan Jatro- minyak pha untuk produksi biodiesel mengalihkan dari yang ex-isting menggunakan untuk pembuatan sabun, pencahayaan dan motif kekuasaan..Minyak dari tembakau, Mangga kernel, Palm, kedelai, Bunga matahari, Safflower, Biji kapas, rapeseed, Jatropha dan lemak sapi telah digunakan untuk produksi biodiesel.Its persiapan dari limbah atau minyak sawit menghabiskan dan restoran grease adalah juga layak disebutkan.Shimadaet al. memiliki orang-tioned, "Di Jepang, 400000 ton minyak goreng limbah habis tahunan.Dalam hal ini, beberapa pemerintahan local Pemerintah daerah di Jepang telah mulai mengumpulkan bekas menggoreng minyak dari rumah tangga dan telah dikonversi mereka untuk bio- solar untuk transportasi umum".Ini adalah contoh, yang layak meniru.

Ekstraksi minyak / lemak dari sumber tanamanUmumnya, tiga pendekatan utama untuk ekstraksi minyak / lemak telah digunakan: menekan hidrolik, expeller ekstraksi menekan dan pelarut.Sambil menekan danmengusir dapat digunakan untuk minyak sayur mengandung lebih dari minyak 35%, ekstraksi pelarut dengan heksana dapat dipekerjakan terlepas dari kandungan minyak.Namun, masalah utama dengan ekstraksi pelarut telah produksi senyawa organik yang mudah menguap, yang membahayakan ekosistem.Selama beberapa tahun terakhir, masalah lingkungan telah menyebabkan para ilmuwan untuk fokus pada pengembangan metode, yang tidak memanfaatkan organic pelarut.Ekstraksi minyak berair (AOE) terdiri dari melanggar tubuh minyak mekanis di hadapan air dan mengumpulkan minyak mengambang dari sur-wajah.Hasil panen minyak, dimengerti, umumnya sangat miskin, tapi tidak signifikan.Ini mendorong pengembangan ekstraksi minyak enzimatik berair (), dimana enzim selulase seperti, hemicellulase dan protease yang digunakan untuk badan oil free menyatu dalam struktur kimia yang kompleks dengan hydrolyz-ing yang terakhir.Di lab kami, telah memberikan tinggi hasil dari 86 dan 78% dalam kasus kacang dan beras dedak, masing-masing.Baru-baru ini, kami juga telah dijelaskan pendekatan baru ekstraksi minyak dengan tiga fase partisi.Itu menemukan bahwa campuran garam dan pelarut organik dicampur dengan bahan tanaman homogen menyebabkan pembentukan dari tiga fase: fase air / air yang lebih rendah, interfa- sosial endapan yang mengandung sebagian besar protein dan atas fase organik, yang berisi minyak.Minyak dapat pulih dari pelarut organik dengan penguapan atau pembekuan campura.Teknik ini telah memberikan prom- ising hasil dengan minyak dari kedelai.Manfaat biodieselDalam dekade terakhir, biodiesel telah mendapatkan popularitas di seluruh dunia sebagai sumber energi alternative karena banyak manfaatnya.1.Manfaat LingkunganBiodiesel merupakan satu-satunya bahan bakar alternatif di AS untuk lengkap EPA (Undang-Undang Kebijakan Energi) tier I kesehatan mempengaruhi pengujian menurut pasal 211 (b) dari tindakan udara bersih, yang menyediakan persediaan yang paling menyeluruh dari hubungan dan efek kesehatan atribut saat itu teknologi akan memungkinkan .Tidak seperti lainnya "bahan bakar bersih", seperti gas alam terkompresi (CNG), biodiesel dan biofuel lain yang dihasilkan dari terbarukan pertanian- tanaman struktural yang mengasimilasi karbon dioksida dari suasana menjadi tanaman dan minyak sayur.Biodiesel mengurangi emisi karbon monoksida,ozon membentuk hidrokarbon, par-diesel berbahaya ticulate, hujan asam penyebab sulfur dioksida, asap dan jelaga.Hal ini juga menurunkan dampak terhadap lingkungan laut oleh mengurangi toksisitas.2. Biodiesel adalah satu-satunya bahan bakar alternatif yang berjalan di setiap konvensional, mesin diesel dimodifikasi.Selain itu, tidak memerlukan perubahan dalam fasilitas penyimpanan,yang ada untuk menyimpan diesel berbasis minyak bumi.3. Biodiesel dapat digunakan sendiri atau dicampur dalam rasio setiap dengan bahan bakar minyak solar.Campuran yang paling umum adalah campuran dari 20% biodiesel dengan 80% minyak solar, atau "B20".Biodiesel memiliki kinerja positif attrib- utes seperti peningkatan angka setana, pelumasan yang tinggi dan kadar oksigen yang tinggi, yang mungkin membuatnya pencampuran saham preferen dengan masa depan ultra-bersih die-sel.4. Biodiesel aman untuk menangani dan transportasi karena adalah "sebagai biodegradable seperti gula, 10 kali lebih beracun dari garam meja ", dan memiliki titik nyala tinggi sekitar 300 F, dibandingkan dengan bahan bakar minyak solar, yang dilengkapi flash titik 125 F. Bahkan, biodiesel merupakan bahan bakar terbukti dengan lebih dari 30 million sukses jalan kilometer AS, dan lebih dari 20 tahun digunakan di Eropa.Ini adalah satu-satunya bahan bakar alternatif yang dapat sebenarnya memperpanjang umur mesin karena unggulnya property pelumasan.5.Manfaat jaminan EnergiBanyak negara, yang harus mengimpor minyak dan lainnya produk minyak bumi menjadi tergantung pada lainnya negara.Ekonomi mereka, dengan demikian, sangat rentan untuk setiap dampak buruk dari perubahan iklim politik. Biodiesel diproduksi dari sumber dalam negeri, menghasilkan kemandirian di daerah penting.Produksi BiodieselBiodiesel diproduksi dari setiap lemak atau minyak melalui Proses kilang yang disebut transesterifikasi (Skema 1). Saat ini, produksi industri bahan bakar biodiesel adalah dilakukan oleh alkoholisis dari limbah minyak menggunakan basa katalis.A dengan-produk, gliserol, sehingga berisi alkali, dan karenanya harus diperlakukan sebagai bahan limbah. Asam-katalis transesterfikasi adalah rute lain untuk produksi biodiesel, yang lebih cocok untuk glycerides yang memiliki kandungan asam lemak bebas relatif tinggi dan lebih banyak air.Aksoyet al. melaporkan bahwa itu diperlukan untuk melakukan transesterifikasi bawah kondisi asam ketika komposisi minyak adalah rendah materi kelas yang mengandung sulfur dllMasalah yang terkait dengan transesterifikasi kimia minyak nabati suhu reaksi tinggi. pembentukan Sabun karena adanya bebas asam lemak dalam minyak dalam hal dasar-katalistransesterifikasi mengurangi hasil ester. Kerugian ekonomi utama dalam kimia alkoholisis adalah bahwa pemurnian gliserol (Diproduksi sebagai produk sekunder) sangat sulit. katalis homogen dihapus dengan gliserol Lapisan tidak dapat digunakan kembali. Untuk bahan bakar diesel, etil ester lebih disukai karena ethanol dapat diproduksi dari biomassa dan alkoholisis kurang beracun, tapi konvensional dengan etanol memberikan hasil yang rendah.Mengingat kelemahan di atas terkait dengan transesterifikasi kimia untuk biodiesel produksi, alkoholisis enzimatis minyak / lemak dianggap diinginkan.Tabel 1 membandingkan kimia dan enzim-metode berbasis untuk produksi biodiesel.Alkoholisis enzimatikUntuk mengatasi masalah yang terkait dengan bahan kimia katalisis untuk produksi biodiesel, proses enzimatik menggunakan lipase telah dikembangkan.Alkoholisis oleh lipase dianggap salah satu yang paling efektif reaksi untuk produksi biodiesel.Lipase (EC 3.1.1.3) menghidrolisis trigliserida dan dapat diisolasi dari mikroorganisme, tumbuhan, mamalia dllReaksi lipase-katalis dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

Ringkasan produksi biodiesel dari berbagai sumber diberikan dalam Tabel 2. produksi biodiesel, sehingga melibatkan menggunakan enzim dalam media bukan air.

Enzim Non-berair dan transesterifikasi minyak dan lemakSekarang mapan bahwa enzim dapat digunakan dalam kondisi hampir anhidrat organic bawang putih media reaksi.Enzim di bawah kondisi ini memang membutuhkan jumlah minimum air, yang kurang dari jumlah monolayer molekul air sekitar permukaan molekul enzim. Enzim, pada kenyataannya, menjadi sangat termostabil dan dapat digunakan pada suhu tinggi.Lipase, untuk contohnya telah ditemukan untuk menjadi aktif secara biologis pada 100 C dalam pelarut organik hampir anhidrat.Penerapan besar dari enzim non-berair adalah sintesis oleh hidrolase.Dengan demikian, dalam ketiadaan air, thermodynamic reversibilitas mendorong reaksi enzim-terkatalisasidi gigi mundur.Keterbatasan besar dalam penggunaan enzim dalam media ini adalah mereka yang rendah katalitik efisiensi.Hal ini telah diperbaiki oleh immobilisasi, Modifikasi kimia dan protein engineering.Untuk meningkatkan efisiensi katalitik sebagai baik, rekayasa protein telah digunakan .Baru-baru ini, beberapa pekerja telah dijelaskan 'garam aktivasi' untuk im-membuktikan efisiensi katalitik .Ultrasonication dan microwave-iradiasi juga telah digunakan dalam limited cara .Biaya enzim, pada kenyataannya, selalu pencegah utama dalam mengadopsi penggunaannya dalam setiap Proses bioteknologi.Dua pendekatan utama, yang dipandang sebagai solusi parsial mungkin untuk dilema ini adalah: (i) efisiensi strategi bioseparation;dan (ii) enzim immomobilisasi.

Strategi bioseparation EfisienKomponen utama dari biaya produksi dari setiap enzim umumnya pengeluaran pada hilir pengolahan aliran.Dengan realisasi ini, banyak teknik baru memiliki bioseparation muncul sebagai lebih efisien dan ekonomis Alterasi.Dalam pengolahan hilir klasik, non-presipitasi selektif dengan garam, pelarut organik atau larut dalam air polimer (seperti PEG) umumnya digunakan untuk berkonsentrasi larutan enzim.Ini umumnya diikuti dengan langkah kromatografi.Pendahuluan kromatografi afinitas sebagai pemolesan akhir dan langkah telah menjadi de ketelitian dalam 2-3 dekade terakhir. Jenis protokol masih banyak digunakan dan berfungsi tujuan, jika enzim yang diperlukan dalam milligram jumlah untuk kebutuhan penelitian.Untuk setiap aplikasi skala besar, perlu untuk mengikuti agak berbeda urutan.Salah satu pergeseran paradigma penting telah menggunakan interaksi afinitas dalam larutan gratis.Demikian pendekatan telah dicoba untuk lipase juga.Menggunakan alginate sebagai macroaffinity ligan pintar, telah mungkin untuk selektif endapan lipase dari Chromobacteriumdan pankreas babi.The simple, pemurnian scalable dan satu langkah memberikan 1,7 dan 5,6-lipat pemurnian dengan 87 dan 75% dari aktivitas total pulih.Faktor penting lainnya seperti pendek waktu proses, biaya rendah ligan macroaffinity (Alginat murah dan dapat dipulihkan untuk digunakan kembali) dan skalabilitas membuat ini pendekatan yang berharga untuk memperoleh-ing memadai dimurnikan lipase untuk produksi biodiesel.Pendekatan yang mungkin lain, yang mungkin bernilai mencoba adalah penggunaan diperluas tidur chromatography.Penggunaan tempat tidur fluidized stabil dalam hal ini Teknik menyingkirkan kebutuhan untuk pra-klarifikasi atau langkah konsentrasi.Jika media kromatografimenggunakan ligan afinitas, menangkap afinitas lipase akan diharapkan untuk memberikan enzim cukup murni. Penggunaan ini kuat, ekonomis dan efisien proses dan beberapa orang lain dari sifat yang sama telah kembali dilihat sebelumnya.Penerapan teknik ini dianggap berguna dalam mengurangi biaya pengolahan hilir (dan akhirnya produksibiaya) enzim.

Enzim terimobilisasiMenghubungkan enzim untuk matriks yang tidak larut oleh beragam metode (seperti adsorpsi, kovalen kopling dan entrapment) memberikan beberapa keuntungan.Dalam beberapa kasus, enzim menjadi lebih stabil.Dalam konteks transesterifikasi, ketika media adalah pre-dominan non-baquous, stabilitas merupakan masalah besar.Di media air, di mana enzim yang mudah larut,imobilisasi menyediakan dengan sarana untuk memulihkan biokatalis dengan sentrifugasi atau penyaringan.Dalam media Anhidrat, molekul enzim, meskipun sebagian besar tidak larut, cenderung mengumpul.Dengan demikian, imobilisasi adalah cara yang baik untuk meningkatkan luas permukaan biokatalis.Bosley dan Peilow telah menyediakan tinjauan kritis dan protokol yang diperlukan untuk immobilisasi lipase.Rekomendasi mereka termasuk penggunaan celite atau AccurelTM (Berpori-polypropylene).Sebuah protokol untuk lipase imobilisasi oleh sol-gel Teknik ini juga dijelaskan.Hal ini juga memungkinkan untuk secara ekstensif cross-menghubungkan enzim untuk memperoleh larut agregat kimia, yang sering menunjukkan keuntungan dari peningkatan stabilitas dan usabilitas tanpa semakin meningkatan volume reaksi yang diperlukan (seperti ini tidak memiliki setiap volume menempati carrier).Sebuah inovasi baru dalam daerah ini adalah CLECTM (Cross-linked kristal enzim) dikembangkan oleh Altus biologi (USA).CLECTM bentuk lipase dariPseudomonas cepacia(CLEC- PC) danCandida rugosa(CLEC-CR) juga berhasil .

Pengaruh kehadiran pelarut pada produksi biodieselProduksi biodiesel menggunakan enzim dari minyak dan alkohol telah dicoba di hadapan dan tidak adanya pelarut.Metanolisis minyak tallow, menggunakanMucor meheilipase dalam heksana telah menyebabkan 77,8% yield ester. Akhir-akhir ini, reaksi transesterifikasi bebas pelarut adalah favoured oleh banyak pekerja, karena lebih ekonomis. Juga, toksisitas dan mudah terbakar dari sol-organik ventilasi, dan pemulihan produk tanpa lebih lanjut organic, penguapan pelarut nikmat penggunaan pelarut bebas reaksi.znuret al. melaporkan alkoholisis cotton minyak biji dalam media bebas pelarut, menggunakan immobilisasiCandida antarcticalipase dengan 92% dari total yield ester.PenggunaanRhizopus oryzaelipase (seluruh biokatalis sel) untuk sintesis metil ester (MES) dalam sistem pelarut bebas menyebabkan 71% MES setelah 165jam reaksi pada 37 C dengan penambahan bertahap dari metanol.Tabel 3 daftar dan membandingkan hasil ester diperoleh dengan alkoholisis dengan berbagai lipase dalam ada dan tidak adanya pelarut.Untuk alkali-katalis transesterifikasi, gliserida dan alkohol harus substansial anhidrat karena air menghasilkan sabun. Sabun mengurangi efisiensi katalitik oleh penggunaan katalis dan, meningkatkan viskositas, gelasi, sehingga menyebabkan kesulitan dalam pemisahan gliserol.Nelsonet al. telah melaporkan pelarut bebas lipase- methanolysis katalis minyak dan lemak menjadi sensitive air.Sebaliknya, Hsuet al. air dilaporkan activitas (aw) Menjadi parameter penting untuk metil ester sintesis.Aktivitas air