Model Kinetika Sederhana Untuk Reaksi Hidrolisis Minyak Zaitun Menggunakan Lipase Heri Hermansyah, Dimas Prabu, Muhammad Titis Rejoso, Praswati PDK Wulan, Achmadin Luthfi Machsun, Anondho Wijanarko, Misri Gozan, Rita Arbianti, Tania Surya Utami Departemen Teknik Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Indonesia Kampus UI Depok, Depok 16424 Tel. 7863515, 7863516 Email:
[email protected] Abstrak Telah dilakukan penelitian tentang reaksi hidrolisis minyak zaitun menggunakan lipase dari sekresi Candida rugosa dan Rhizopus oryzae dengan free lipase dan menggunakan lipase ter-immobilisasi. Immobilisasi dilakukan dengan metode adsorpsi pada support kitin. Reaksi hidrolisis tersebut membutuhkan model yang dapat menggambarkan karakterisasi konversi reaksi maksimum. Trigliserida minyak zaitun dihidrolisis oleh lipase pada sistem emulsi minyak-air. Model kinetik dibuat berdasarkan mekanisme reaksi orde satu yang irreversible. Pemodelan reaksi hidrolisis free lipase dan lipase kitin menunjukkan konversi hidrolisis maksimum tercapai pada waktu 120 jam. Penurunan nilai k dapat memperlambat konversi reaksi dengan signifikan, begitu pula sebaliknya. Dengan menaikkan nilai k, reaksi dapat lebih cepat meperoleh konversi maksimum. Untuk free lipase, nilai k dapat ditingkatkan dengan memperbanyak konsentrasi lipase terlarut dalam reaksi hidrolisis. Sedangkan pada reaksi ter-immobilisasi, menaikkan nilai CE akan dapat menaikkan konversi reaksi, sekaligus meningkatkan nilai k. Hal ini bisa dilakukan dengan menambah jumlah support atau mengganti support dengan zat yang lebih mampu menyerap protein. Dalam model ini, Konsentrasi reaktan trigliserida (CT0) merupakan variabel yang independen terhadap kecepatan pembentukan produk FFA (CF). Kata kunci: kinetika reaksi orde satu; lipase; hidrolisis; immobilisasi Abstract Olive oil hydrolysis using lipase from Candida rugosa and Rhizopus oryzae in free and immobilized lipase was studied. Lipase was immobilized with adsorption method using support chitin. These hydrolysis reactions needs to be characterized to shows their behavior to achieve maximum hydrolysis. Olive oil triglyceride was hydrolyzed in oil-water emulsion system. Kinetic model was based on their reversible first order reaction. The simple model show maximum hydrolysis reaches at 120 hours for free lipase, and 150 hours for immobilized lipase. Increasing k value can enhance the reaction rate significantly, and vise versa. In free lipase, increasing k value can be done with by adding more lipase in solution. In immobilized reaction, adding more support or replace with other support that can adsorb more lipase will increase CE value and increasing the conversion rate. In this model, Triglyceride concentration (CT0) was an independent variable against the rate of FFA production (CF). Changing the CT0 value won’t affect the reaction rate. Key words: first order reaction kineti; lipase; hydrolysis; immobilization Pendahuluan Lipase merupakan enzim yang memiliki peran yang penting dalam bioteknologi modern. Banyak industri yang telah mengaplikasikan penggunaan enzim sebagai biokatalis. Lipase terkenal memiliki aktivitas yang tinggi dalam reaksi hidrolisis dan dalam kimia sintesis. Lipase dapat berperan sebagai biokatalis untuk reaksi reaksi hidrolisis, esterifikasi, alkoholisis, asidolisis and aminolisis. Candida dan Rhizopus yang merupakan organisme yang paling sering dipakai sebagai sumber sintesis penghasil lipase. harga lipase komersial biasanya sangat tinggi karena proses produksinya yang sulit dan memakan waktu. Selain itu, dalam proses reaksi enzimatis, lipase tidak dapat digunakan kembali lagi karena terlarut dalam media reaksi. Hal ini menyebabkan biaya reaksi yang dikatalisis lipase menjadi meningkat. Perlu adanya penelitian tentang teknik penggunakan kembali lipase, salah satunya adalah teknik reaksi immobilisasi dengan bantuan support sebagai media
1
pembantu yang dapat menahan enzim dalam struktur molekulnya. diharapkan enzim dapat digunakan kembali sehingga biaya produksi reaksi enzimatis dapat ditekan. Support yang digunakan adalah kitin yang berasal dari kulit udang. Kitin dipilih sebagai support berdasarkan penelitian sebelumnya. Immobilisasi dilakukan dengan menggunakan metode adsorpsi. Perlu dilakukan studi lebih lanjut untuk mengetahui perilaku hidrolisis untuk free lipase dan lipase terimmobilisasi dalam mencapai kondisi reaksi hidrolisis maksimum. Pengetahuan tentang waktu maksimum diperlukan untuk mengetahui waktu optimal yang dibutuhkan untuk melakukan reaksi hidrolisis. pemodelan matematika sederhana akan dibuat untuk menggambarkan reaksi hidrolisis enzimatis lipase. Reaksi didasarkan pada asumsi reaksi berlangsung pada orde satu, berlangsung secara irreversibel. Bahan Dan Metode Bahan Enzim yang digunakan adalah lipase Rhizopus oryzae (Fungal lipase 8000, Valley Research, Amerika Serikat) dan lipase Candida rugosa (Sigma co., Jerman). Dibeli dalam fasa bubuk. Minyak zaitun (Virgin olive oil, Borges, Spain), dibeli dari supermarket. Kitin digunakan sebagai support untuk meng-imobilisasi lipase. Bahan kimia lain seperti air Reversed Osmosis (RO), Poli vinyl alkohol (PVA), NaH2PO4, Na2HPO4.2H2O, NaOH, dan Indikator Penolpthalein (pp). Reaksi hidrolisis Dalam Erlenmeyer, lipase (120 mg) dilarutkan dalam 4 mL buffer Phosphate (0.1 M, pH 7), lalu distirer (1000 rpm) selama 30 menit untuk melarutkan enzim. Reaksi hidrolisis trigliserida spesifik adalah sebagai berikut: Lipase (C17 H 34COO)3 C3 H 5 + 3H 2O ⎯⎯⎯ → 3C17 H 34COOH + C3 H 5 (OH )3
Skema reaksi ditunjukkan pada Gambar 2.1 dibawah:
Gambar 2. 1a Skema reaksi hidrolisis enzimatis lipase R. orizae pada minyak zaitun
Gambar 2. 1b Skema reaksi hidrolisis enzimatis lipase C. rugosa pada minyak zaitun
Minyak Zaitun sebanyak 5 ml ditambahkan dengan 15 ml air dan 0.3 gram PVA sebagai pengemulsi. Setelah itu ditambahkan larutan lipase, dan dicampurkan dengan 16 ml buffer phosphate (0.1 M, pH 7.0), dishaker pada 400 rpm, pada suhu ruang 33 oC. Dilakukan sampling sebanyak 2 ml minyak, lalu ditambahkan 3 tetes indikator pp dan dititrasi dengan NaOH 0.05 M. Aktivitas lipase yang semakin tinggi ditunjukkan oleh semakin banyaknya volume NaOH yang dibutuhkan untuk titrasi. Mol Free Fatty Acid (FFA) dalam trigliserida secara teoritis dihitung dengan cara: Minyak zaitun seluruhnya terdiri dari trigliserida (trioleogliserol). Tiap 2 ml sampel minyak zaitun memiliki berat 1.7 gram = 1700 mg Trioleogliserol (trigliserida dari minyak zaitun) dengan rumus molekul (C17 H35 COO)3 C3H5 memiliki berat molekul 884 g/mol, berarti dalam 2 ml sampel minyak zaitun terdapat mol trigliserida sebanyak 1.923 mmol. Mol FFA yang maksimal terbentuk secara teoritis dalam 2 ml sampel minyak zaitun adalah 3 x mol trigliserida, yaitu sebesar 5.769 mmol Reaksi NaOH dengan (FFA)adalah sebagai berikut: C17H34COOH + NaOH C17H34COONa + H2O
2
Banyaknya konsentrasi asam lemak bebas atau FFA (CFFA) yang terkandung dalam 2 ml substrat minyak dihitung dengan: Mol FFA = mol NaOH = 0.05M x volume NaOH titrasi %hidrolisis =
(1)
mol FFA hasil reaksi mol FFA sec ara teoritis
Immobilisasi : Dalam Erlenmeyer, lipase (120 mg) dilarutkan dalam 4 mL buffer Phosphate (0.1 M, pH 7) pada erlenmeyer, lalu distirer (1000 rpm) selama 3 menit untuk melarutkan enzim. Larutan enzim tersebut dicampurkan dengan 1 gram support kitin, lalu campuran di shaker secara perlahan selama 3 jam pada suhu ruang. Pembuatan model orde satu untuk reaksi hidrolisis dan simulasi Reaksi yang tejadi pada hirlolisis minyak zaitun adalah: Lipase Trigliserol + Air ⎯⎯⎯ → Free Fatty Acid + Gliserol Lipase T + 3W ⎯⎯⎯ → 3F + G
1. 2.
Asumsi yang digunakan sebagai berikut: Digunakan air yang berlebih sehingga konsentrasi air diabaikan. Gliserol masuk kedalam fasa air, sehingga dalam model ini gliserol tidak di perhitungkan. Oleh karena itu reaksi bisa disederhanakan menjadi: k T ⎯⎯ → 3F
Dari persamaan tersebut reaksi bisa diasumsikan mengikuti reaksi orde satu. Spe sies (T) (F)
Tabel 2. 1 Kesetimbangan mol reaksi awal reaksi sisa Konsentrasi NT0 0
- NT0 X 3 NT0 X
NT = NT0 (1-X) NF = 3 NT0 X
CT = CT0 (1-X) CF = 3 CT0 X
Rate law mengikuti orde satu:
− rT = kCT
(2)
Stoikiometri. tidak ada perubahan volume, V = V0 CT =
NT NT = V V0
→
1 V0
⎛ dN T ⎞ d ( N T / V0 ) dCT = ⎜ ⎟= dt dt ⎝ dt ⎠
Menggabungkan rate law dan kesetimbangan mol, didapat:
(3)
−
dCT = kCT dt
Lalu dengan mengintegrasikan: CT
−
∫
CT 0
t
dCT = ∫ kdt CT 0
(4)
Menggunakan kondisi awal saat t = 0, kemudian CT = CT0. Konsentrasi awal dari T setelah pencampuran yaitu 0.400 mmol/ml (5.769 mmol dalam 14.4 ml campuran) Dengan mengintegralkan:
ln
CT 0 = kt CT CT = CT 0 e − kt
Konsentrasi triasigliserol pada setiap waktu t adalah
3
(5)
Konsentrasi FFA pada setiap waktu t bisa didapatkan dari stoikiometri reaksi: T →3 F
dCF = kCT dt
→
dC F = kCT 0 e − kt dt
→
Dengan meng-integralkan kedua ruas persamaan diatas menjadi : CF
t
0
0
C F = CT 0 − CT 0 e − kt
→
− kt ∫ dC F = ∫ k CT 0 e
(6)
Hasil Dan Pembahasan Reaksi Hidrolisis Menggunakan Free Lipase Rhizopus orizae dan Lipase Candida Rugosa Gambar 3.1 memperlihatkan kurva konversi hidrolisis sampai jam ke-12. Kurva konversi menunjukkan konsentrasi FFA pada jam ke-8 sebesar 1.7 mmol dari kemungkinan mol FFA maksimal teoritis 5.769 mmol, sehingga % hidrolisis didapat sebesar 29.46 %. Pada jam ke-10 dan jam ke-12 jumlah produksi FFA adalah masing-masing sebesar 1.85 mmol dan 2 mmol dengan % hidrolisis sebesar 32.06 % dan 34.66 %. Walaupun kecenderungan konversi reaksi akan terus berlanjut naik, diprediksi mulai dari jam ke-8 hasil konversi tidak akan jauh berbeda dari data ini. Konversi reaksi keseluruhan dapat disimpulkan terwakili pada jam tersebut. Enzim lipase yang digunakan pada pengamatan ini berasal dari sekresi mikroba Rhizopus oryzae yang bereaksi secara spesifik memutus rantai fatty acid trigliserol pada posisi -1 dan -3, sering disebut dengan lipase spesifik regio 1,3. Analisa aktivitas/konversi enzimatik pada penelitian ini dilakukan dengan melihat kandungan total FFA secara bulk, tanpa menghiraukan dari rantai berapa FFA tersebut berasal, sehingga konversi yang dihasilkan cenderung rendah, karena rantai FFA pada posisi -2 tidak terpotong (karena selektivitas lipase tadi). 40
60
%Hidrolisis
%hidrolisis
30
20
40
20
10
0
0 0
4
8
0
12
waktu [jam]
4
8 Waktu hidrolisis [jam]
Gambar 3. 1 Pengaruh waktu reaksi terhadap % hidrolisis dengan free lipase Rhizopus orizae [pH: 7.0, Thidrolisis: 33 oC, shaking ratehidrolisis: 400 rpm]
12 Free lipase
Gambar 3. 2 Pengaruh waktu reaksi terhadap % hidrolisis dengan free lipase Candida rugosa [pH: 7.0, Thidrolisis: 33 oC, shaking ratehidrolisis: 400 rpm]
Konversi yang ditunjukkan dengan % hidrolisis ini tidak menunjukkan aktivitas enzim secara detail, hanya melihat seberapa banyak pembentukan FFA per waktu, sehingga konversi yang dihasilkan cenderung kecil. Ada dugaan kuat jika digunakan enzim yang memotong trigliserida secara acak, konversi dapat meningkat. Reaksi hidrolisis menggunakan free lipase candida rugosa terlihat pada Gambar 3.2 terlihat bahwa pada jam ke12, dengan menggunakan free lipase Candida rugosa, % hidrolisis yang dicapai sebesar 68.46% dimana konsentrasi FFA sebesar 3.95 mmol. Pada jam ke-8, % hidrolisis yang dicapai adalah sebesar 52.00 %. Lipase Candida rugosa merupakan lipase yang dapat memotong rantai trigliserida secara acak, sehingga dapat menghidrolisis ikatan ester secara sempurna. Oleh karena itu, konversinya lebih besar dibandingkan menggunakan lipase Rhizopus orizae. Reaksi Hidrolisis Menggunakan Lipase Rhizopus orizae dan Lipase Candida rugosa yang ter-Immobilisasi pada kitin. Reaksi dilakukan pada shaker inkubator dengan kondisi temperatur 33 oC, pH 7, direaksikan dengan shaker rate 400 rpm. Lipase di-immobilisasi selama 3 jam, dilakukan dalam shaker inkubator dengan shaker rateimmobilisasi 100 rpm. Support kemudian akan dicampurkan dalam substrat campuran minyak zaitun-air seperti halnya reaksi enzim bebas. Berikut adalah hasil reaksi sampai dengan waktu 12 jam.
4
Konversi hidrolisis support kitin pada jam ke-8 adalah 24,7 %, dan konversi selanjutnya pada jam ke-10 dan 12 menghasilkan konversi 25.13 %. Konversi secara keseluruhan memiliki kecenderungan laju yang naik secara tajam sampai sekitar jam ke-6, dan cendering stabil setelah melewati jam ke-8. Kesimpulan yang didapat bahwa kemampuan support dalam menyerap enzim akan berpengaruh langsung terhadap aktivitas reaksi, support akan mendukung reaksi dengan memberikan luas permukaan kontak enzim yang luas pada laipsan interface air-minyak. Lipase Candida Rugosa yang ter-immobilisasi pada kitin digunakan dalam reaksi hidrolisis. Dari Gambar 3.4 dapat terlihat bahwa pada jam ke-8, % hidrolisis yang dicapai lipase yang ter-immobilisasi pada kitin sebesar 42.90 %. Banyaknya lipase yang ter-immobilisasi berbanding lurus dengan % hidrolisis, semakin banyak lipase yang terimmobilisasi akan semakin banyak pula lipase yang berkontribusi mengurai FFA dari rantai trigliserida pada perbatasan droplet minyak dengan air, dalam reaksi hidrolisis. 40
60
%Hidrolisis
%hidrolisis
30
20
40
20
10
0 0
4
8
0
12
waktu [jam]
0
4
Rhizopus oryzae
8
12
Waktu hidrolisis
Candida rugosa
Gambar 3. 4 Pengamatan reaksi hidrolisis menggunakan lipase C.rugosa yang ter-immobilisasi [pH: 7.0, Thidrolisis: 33 oC, timmobilisasi: 3 jam, shaking rateimmobilisasi: 100 rpm,shaking ratehidrolisis: 400 rpm]
Gambar 3. 3 Pengamatan reaksi hidrolisis menggunakan lipase R.orizae yang ter-immobilisasi [pH: 7.0, Thidrolisis: 33 oC, timmobilisasi: 3 jam, shaking rateimmobilisasi: 100 rpm, shaking ratehidrolisis: 400 rpm]
Aplikasi Model Reaksi Orde Satu Untuk Hidrolisis Model Untuk Free Lipase Dan Lipase Yang Ter-Immobilisasi Pada Kitin, untuk lipase Rhizopus oriza, Untuk Lipase Candida Rugosa. Gambar 3.5 dan Gambar 3.6 memperlihatkan perbandingan antara data eksperimen dengan hasil permodelan. Grafik keduanya terlihat berhimpit baik untuk free lipase dan lipase ter-immobilisasi. Nilai k untuk free lipase sebesar 0.041/jam dan 0.026/jam untuk lipase ter-immobilisasi. Nilai k hasil model ini dinilai cukup valid untuk mewakili data percobaan. Dari data model, rekasi akan mencapai kestabilan pada konversi 99 % pada jam ke 120 untuk free enzim dan jam ke 150 untuk lipase ter-immobilisasi. Free lipase lebih cepat mencapai konversi maksimum karena lipase yang berkontribusi dalam reaksi free lipase lebih banyak daripada reaksi te-immobilisasi. 0.4
0.4
0.2
0.2 F
C [m m ol/m l]
0.3
F
C [m m ol/m l]
0.3
0.1
0.1
0 0
40
80 waktu [jam]
120
0 model eksperimen
0
40
80
120
160
waktu [jam] model eksperimen
Gambar 3. 5 Perbandingan data percobaan dengan Gambar 3. 6 Perbandingan data percobaan dengan data perhitungan data perhitungan untuk free lipase R.orizae untuk lipase R.orizae yang ter-immobilisasi pada kitin Nilai k hasil perhitungan untuk reaksi hidrolisis dengan free lipase C.rugosa adalah sebesar 0.105/jam, dan untuk lipase ter-immobilisasi adalah sebesar 0.09/jam. Pada Gambar 3.7 plot grafik hasil perhitungan terlihat berdekatan dengan grafik hasil percobaan. Nilai k hasil perhitungan ini dinilai cukup valid untuk mewakili data percobaan.
5
Sementara itu, data hasil perhitungan teoritis menunjukkan bahwa reaksi akan berhenti pada saat seluruh trigliserida menjadi FFA dalam waktu ± 60 jam. Sedangkan untuk lipase ter-immobilisasi konversi maksimal akan dicapai dalam waktu ± 66 jam.
0.4
F
C [mmol/ml]
k = 0.105 / jam
F
C [mmol/ml]
0.4
k = 0.09 /jam 0.2
0.2
0
0 0
20
40 Waktu hidrolisis [jamj]
0
60
Gambar 3.7 Perbandingan data percobaan dengan data perhitungan untuk free lipase C.rugosa
20
40 Waktu Hidrolisis [jam]
Data percobaan Data perhitungan
60 Data Percobaan Data Perhitungan
Gambar 3.8 Perbandingan data percobaan dengan data perhitungan untuk lipase C.rugosa yang ter-immobilisasi pada kitin
Pengaruh Variasi Nilai K Untuk Lipase R.Orizae Nilai k adalah konstanta laju reaksi, dan dapat diasumsikan sebagai parameter yang menunjukkan banyaknya lipase yang berkontribusi dalam reaksi hidrolisis. asumsi ini didasarkan pada perubahan k yang terjadi pada reaksi hidrolisis dengan enzim ter-immobilisasi. Nilai k ini merupakan ukuran banyaknya lipase yang terimmobilisasi dalam support kitin. Nilai k untuk lipase ter-immobilisasi pada kitin divariasi kan pada ½ k dan 2 k untuk dilihat pengaruhnya. Semakin besar k berarti enzim loading semakin besar, semakin banyak enzim yang tertahan dalam support, dan sebanding dengan lipase yang berkontribusi langsung terhadap reaksi. Grafik pada Gambar 3.9, dengan nilai k sebesar 0.041/jam, reaksi hidrolisis dengan free lipase mencapai konversi maksimumnya pada jam ke-120 dengan CF (konsentrasi FFA) sebesar 0.3993 mmol/ml, dan konversi yang dicapai sebesar 99.2 %. Untuk reaksi free lipase dengan nilai ½ k, konversi maksimum belum tercapai sampai jam ke 120. pada jam ini, konversi yang dihasilkan hanya mencapai 91 %. Untuk nilai 2 k konversi maksimum sudah tercapai pada jam ke-80, lebih cepat daripada nilai k yang lain. Penurunan nilai k dapat memperlambat konversi reaksi degnan signifikan, begitu pula sebaliknya. Dengan menaikkan nilai k, reaksi dapat lebih cepat memperoleh konversi maksimum.
0.2
F
0.4
C [mmol/ml]
CF[mmol/ml]
0.4
0.2
0 0
64 waktu [jam]
128
0 0 2 k k 1/2 k
80 waktu [jam]
160 2 k k 1/2 k
Gambar 3. 9 Pengaruh nilai k terhadap % hidrolisis untuk Gambar 3. 10 Pengaruh nilai k terhadap % hidrolisis untuk free lipase lipase ter-immobilisasi pada kitin Reaksi lipase ter-immobilisasi dapat dilihat pada Gambar 3.10. dengan nilai k sebesar 0.031/jam, reaksi hidrolisis dengan lipase ter-immobilisasi pada kitin mencapai konversi maksimalnya pada jam ke-170 dengan CF (konsentrasi FFA) sebesar 0.398 mmol/ml, dan konversi yang dicapai sebesar 99.5 %. Sama seperti halnya pada reaksi free lipase, reaksi dengan nilai ½ k reaksi konversi maksimum belum tercapai pada jam yang sama dengan reaksi dengan nilai k. Untuk nilai 2 k konversi maksimal dicapai pada jam ke-109. Fenomena ini dijumpai sama seperti halnya pada reaksi free lipase. Nilai k yang menunjukkan aktivitas lipase yang berkontribusi dalam reaksi hidrolisis, sebanding dengan banyaknya lipase yang ter-immobilisasi (konsentrasi lipase CE) dalam support kitin. Jadi dengan menaikkan nilai CE
6
akan dapat menaikkan konversi reaksi. Hal ini bisa dilakukan dengan menambah jumlah support atau mengganti support dengan zat yang lebih mampu menyerap protein. Pengaruh Variasi Nilai K Untuk Lipase C.Rugosa Pada Gambar 3.11, dengan nilai k sebesar 0.105/jam, reaksi hidrolisis dengan free lipase mencapai konversi maksimalnya pada jam ke-60 dengan CF (konsentrasi FFA) sebesar 0.399 mmol/ml, dan konversi yang dicapai sebesar 99%. Untuk nilai ½ k reaksi hidrolisis dengan free lipase mencapai konversi maksimalnya pada jam ke- 106, dan untuk nilai 2 k konversi maksimal dicapai pada jam ke-30. Dengan penurunan nilai k sebesar ½ kalinya, dapat memperlambat reaksi hingga ½ kalinya. Sebaliknya, dengan menaikkan nilai k hingga 2 kalinya, dapat mempercepat reaksi hingga 2 kali.. Nilai k sebanding dengan aktivitas lipase yang berkontribusi dalam reaksi hidrolisis. Semakin banyak konsentrasi lipase yang terlibat dalam hidrolisis akan semakin besar aktivitasnya. Jadi apabila ingin mempercepat laju reaksi, percobaan reaksi hidrolisis dapat dilakukan pada nilai 2 k, nilai ini dapat dicapai dengan menggandakan konsentrasi lipase dalam reaksi.
0.4
C [mmol/ml]
0.2
F
F
C [mmol/ml]
0.4
0 0
40 Waktu Hidrolisis [jam]
0.2
0
80
0 k 2 k 1/2 k
40
80 Waktu Hidrolisis [jam]
Gambar 3.11 Pengaruh nilai k terhadap produk FFA untuk free lipase
120 k 2k 1/2 k
Gambar 3.12 Pengaruh nilai k terhadap produk FFA untuk lipase ter-immobilisasi pada kitin
Pada Gambar 3.12, dengan nilai k sebesar 0.0788/jam, reaksi hidrolisis dengan lipase ter-immobilisasi pada kitin mencapai konversi maksimalnya pada jam ke-70 dengan CF (konsentrasi FFA) sebesar 0.399 mmol/ml, dan konversi yang dicapai sebesar 99%. Untuk nilai ½ k reaksi hidrolisis dengan lipase yang ter-immobilisasi pada kitin mencapai konversi maksimalnya pada jam ke-137, dan untuk nilai 2 k konversi maksimal dicapai pada jam ke-36. Sama seperti fenomena free lipase, dengan penurunan nilai k sebesar ½ kalinya, dapat memperlambat reaksi hingga ½ kalinya. Sebaliknya, dengan menaikkan nilai k hingga 2 kalinya, dapat mempercepat reaksi hingga 2 kali.. Nilai k yang menunjukkan aktivitas lipase yang berkontribusi dalam reaksi hidrolisis, sebanding dengan banyaknya lipase yang terimmobilisasi (konsentrasi lipase CE) dalam support kitin. Jadi apabila ingin mempercepat laju reaksi, percobaan reaksi hidrolisis dapat dilakukan pada nilai 2 k, nilai ini dapat dicapai dengan menggandakan konsentrasi lipase terimmobilisasi dalam reaksi. Pengaruh Perubahan Konsentrasi Substrat Ct0 Untuk Lipase R.Orizae dan Untuk Lipase C. Rugosa Simulasi perubahan konsentrasi trigliserida awal (CT0) dilakukan untuk melihat apakah banyaknya umpan akan mempengaruhi laju reaksi. Nilai konsentrasi CT0 divariasikan lebih besar (2CT0) dan lebih kecil (½ CT0) dengan nilai k yang sama untuk reaksi free lipase (0.041 /jam). Variasi dilakukan untuk melihat pengaruhnya terhadap pembentukan produk FFA. Gambar 3.13 memperlihatkan bahwa produk CF yang dihasilkan akan semakin besar sejalan dengan parubahan nilai CT0. semakin besar CT0, semakin besar pula CF yang dihasilkan. Begitupun sebaliknya, dengan memperkecil nilai CT0 akan memperkecil produk CF. Seluruh trigliserida akan terkonversi menjadi FFA dalam waktu yang sama untuk setiap variasi CT0, yaitu sekitar 120 jam. Secara teoritis, pembesaran nilai CT0 dengan nilai k yang sama akan menghasilkan konversi trigliserida menjadi FFA yang berlangsung dalam waktu yang lebih lama. Hal ini dikarenakan enzim yang dipakai tetap jumlahnya, dengan jumlah reaktan yang banyak, maka reaksi teoritis akan berlangsung lebih lama. Dapat disimpulkan bahwa dalam model ini CT0 independen terhadap kecepatan pembentukan produk CF, dengan kata lain, reaksi akan berlangsung pada waktu yang sama, berapapun perubahan reaktan yang tambahkan. Ini artinya, model yang dibuat hanya terbatas untuk menggambarkan pengaruh nilai konstanta laju reaksi k. Model yang berbeda harus dibuat untuk dapat menggambarkan pengaruh perubahan CT0.
7
0.8
0.8
0.4
F
C [m m ol/m l]
F
C [mm ol/ml]
0.6
0.4
0.2
0
0
0
0
60
20
40 Waktu Hidrolisis [jam]
waktu [jam]
60
120 2 CT0 CT0 1/2 CT0
Ct0 2 Ct0 1/2 Ct0
Gambar 3.14 Pengaruh variasi nilai konsentrasi trigliserida awal (CT0) terhadap produk FFA, untuk free lipase
Gambar 3. 13 Pengaruh variasi nilai konsentrasi trigliserida awal (CT0) terhadap produk FFA, untuk free lipase
Pada simulasi ini nilai konsentrasi trigliserida awal (CT0) divariasikan pada 2CT0 dan ½ CT0 dengan nilai k yang sama (0.105 /jam), untuk melihat pengaruhnya terhadap pembentukan produk FFA dalam reaksi hidrolisis. Dari Gambar 3.14, terlihat bahwa, produk CF yang dihasilkan akan semakin besar dengan memperbesar nilai CT0. Begitupun sebaliknya, dengan memperkecil nilai CT0 akan memperkecil produk CF. Pada nilai k yang sama, untuk semua nilai CT0, seluruh trigliserida akan terkonversi menjadi FFA dalam waktu yang sama, yaitu sekitar 66 jam. Dalam model ini CT0 independen terhadap kecepatan pembentukan produk CF. Padahal secara teoritis pada nilai k yang sama, dengan memperbesar nlai CT0, semua trigliserida akan terkonversi menjadi FFA dalam waktu yang lebih lama. Dapat disimpulkan bahwa model yang dibuat hanya terbatas untuk menggambarkan pengaruh nilai konstanta laju reaksi k. Untuk dapat menggambarkan pengaruh perubahan CT0 harus dibuat model yang berbeda. Kesimpulan 1. Reaksi hidrolisis Lipase Rhizopus oryzae memiliki dengan konversi sebesar 29.46 % pada jam ke-8. Sedangkan untuk lipase C. Rugosa, % hidrolisis yang dicapai sebesar 52.00% pada jam ke-8. Pada kondisi operasi pH 7, temperatur hidrolisis 33 oC, dengan shaking rate hidrolisis 400 rpm. 2. Penurunan nilai k dapat memperlambat konversi reaksi dengan signifikan, begitu pula sebaliknya. Dengan menaikkan nilai k, reaksi dapat lebih cepat meperoleh konversi maksimum.hal ini berlaku baik untuk reaksi free lipase maupun untuk lipase ter-immobilisasi. Untuk free lipase, nilai k dapat ditingkatkan dengan memperbanyak konsentrasi lipase terlarut dalam reaksi hidrolisis. Pada reaksi ter-immobilisasi, menaikkan nilai CE akan dapat menaikkan konversi reaksi, sekaligus meningkatkan nilai k. Hal ini bisa dilakukan dengan menambah jumlah support atau mengganti support dengan zat yang lebih mampu menyerap protein. 3. CT0 independen terhadap kecepatan pembentukan produk CF. Dengan kata lain, reaksi akan berlangsung pada waktu yang sama, berapapun perubahan reaktan yang tambahkan. Ini artinya, model yang dibuat hanya terbatas untuk menggambarkan pengaruh nilai konstanta laju reaksi k. Daftar Acuan Pandey, A., Benjamin, S., Soccol, C.R., Nigam, P., Krieger, N. and Soccol, V.T. 1999. The Real of Microbial Lipases in Biotechnology. Biotechnol. Appl. Biochem., 29, 119-131. Kirk, Ole., Vedel, Torben., Crone, Clause. 2002. Industrial Enzyme Application. Current opinion on biotechnology, 13:345-351. Pelczar, M. J & E. S. Chan. 1981. Element of microbiology. Mcgraw hill Co.New York. Sayari, Adel., et all. N-terminal peptide of Rhizopus oryzae lipase is important for its catalytic properties. European Biochemical Societies. Elsevier B.V. Volume 579, Issue 5, 14 February 2005, Pages 976-982. Iwai, M & Y. Tsujisaka. 1984. Fungal lipases. Dalam: Borgstrom, B. & H.L. Brockman (eds). Lipases. Elsevier Science Publishers. Amsterdam
8
