Prosiding Seminar Nasional HPTI I 2013
ISBN :
Bidang: Teknik Kimia Topik: Kimia Pangan
SINTESIS BIOSURFAKTAN ESTER SUKROSA ASAM PALMITAT MENGGUNAKAN LIPASE GETAH PEPAYA DAN GETAH BIDURI AMOBIL Dra. Nurhaeni, M.Si1., Drs. Syaiful Bahri, M.Si1., Yuliet, S.Si., M.Si2. 1Jurusan Kimia FMIPA UNTAD, 2Jurusan Farmasi FMIPA UNTAD
[email protected] ABSTRAK Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh rasio sukrosa terhadap asam palmitat, waktu reaksi dan jumlah lipase terhadap karakteristik biosurfaktan ester sukrosa asam palmitat (ESAP) dengan menggunakan lipase getah papaya (LGP) amobil. Pelaksanaan penenelitian yang telah dilakukan terdapat beberapa tahap, yaitu penelitian untuk mendapatkan kondisi reaksi sintesis terbaik terhadap produk biosurfaktan ester sukrosa, asam palmitat menggunakn biokatilisator lipase getah pepaya amobil (LGP). Kondisi reaksi sintesis yang diterapkan yaitu penggunaan rasio reaktan antara sukrosa terhadap asam palmitat dengan rasio sebagai berikut : R1 (3:5); R2 (3:10); R3 (3:15); R4 (3:20); R5 (3:25). Berdasarkan rasio tersebut, diperoleh rasio terbaik adalah (3:15). Perlakuan selanjutnya yang diterapkan setelah rasio terbaik diperoleh adalah perlakuan waktu reaksi sintesis dengan taraf perlakuan terdiri dari lima taraf yaitu : W1 (24 jam); W2 (48 jam); W3 (72 jam); W4 (96 jam); dan W5 (120 jam). Waktu reaksi yang terbaik diperoleh pada perlakuan waktu reaksi 72 jam. Perlakuan terakhir yang diterapkan pada penelitian ini penggunaan variasi jumlah lipase getah pepaya amobil yaitu : P1 (2 g); P2 (4 g); P3 (6 g); P4 (8 g); P5 (10 g). Parameter yang diamati dalam setiap perlakuan adalah bilangan ester biosurfaktan yang disintesis. Hasil analisis bilangan ester untuk variasi waktu reaksi diperoleh pada kondisi waktu reaksi pada 72 jam yakni 61,59 mg/gr. Bilangan ester pda perlakuan rasio reaktan diperoleh bilangan ester tertinggi yaitu 92,33 mg/gr pada rasio reaktan 3:20 (b/b). Hasil analisis bilangan ester pada perlakuan variasi jumlah lipase diperoleh kondisi terbaik yaitu penggunaan lipase getah papaya sebnyak 8 gr ,dengan nilai bilangan ester 70,03 mg/gr. Ketiga perlakuan terbaik yaitu rasio reaktan, waktu reaksi, dan jumlah lipase getah pepaya amobil dilakukan analisis sifat kimia dan fisika biosurfaktan ester sukrosa palmitat. Analisis yang dilakukan yaitu : Angka hidroksil (AOAC, 1995); Nilai HLB ( Gupta, dkk. 1983); diuji stabilisasi emulsi (Suhardi, dkk. 2006) dan uji tegangan permukaan ( Suhardi, dkk. 2006). Hasil yang diperoleh dari masing-masing uji adalah : angka hidroksil 53 m g KOH/gr.Nilai HLB biosurfaktan sebesar 7,3.Berat jenis diperoleh 1,4. Nilai stabilisasi emulsi 134 menit , dan nilai tegangan permukaan 29,74 dyne/cm. Kata Kunci : Biosurfaktan, Sukrosa, Asam Palmitat, Lipase Getah Pepaya.
1
Prosiding Seminar Nasional HPTI I 2013 PENDAHULUAN Saat ini kebutuhan terhadap produk-produk yang ramah lingkungan semakin meningkat seiring dengan kebijakan pemerintah mengenai pelestarian lingkungan hidup. Salah satu produk yang banyak digunakan yaitu surfaktan karena berkaitan dengan semakin berkembangnya industri makanan, tekstil, kosmetik, farmasi, dan industri kimia lainnya yang sangat membutuhkan surfaktan sebagai bahan aditif (Nuryanto, E. 1996). Fungsi surfaktan untuk meningkatkan mutu produk, mempertahankan viskositas, tekstur dan sebagai anti mikrobial yang baik untuk digunakan pada kosmetik dan produk farmasi. Umumnya surfaktan disintesis dari turunan minyak bumi dan gas alam yang sukar terdegradasi oleh alam. Salah satu alternatif untuk mengatasi hal ini, dengan memanfaatkan asam lemak dan karbohidrat sebagai produk biosurfaktan menggunakan enzim sebagai biokatalisator.. Sumber asam lemak dan karbohidrat banyak ditemukan dari tumbuh-tumbuhan yang umumnya telah dibudidayakan oleh masyarakat kita. Biosurfaktan dapat dibuat dengan cara enzimatis menggunakan biokatalisator yang bersumber dari tanaman. Salah satu sumber enzim yang dapat dimanfaatkan sebagai biokatalisator yaitu getah papaya dan getah biduri. Kedua sumber lipase ini banyak ditemukan di lingkungan masyarakat terutama tanaman biduri yang sangat banyak populasinya tumbuh disekitar lembah Palu. Getah pepaya telah digunakan sebagai biokatalisator pada sisntesis ester karbohidrat asam lemak (ester sorbitol asam oleat) (Suhardi, 2006). Getah biduri juga telah digunakan untuk memproduksi ester metil asam lemak dari minyak sawit melalui proses inter esterifikasi (Puji Hastuti. dkk. 2003). Seino and Tsuyoshi, (1984) mensintesis ester karbohidrat dari asam-asam lemak sebagai biosurfaktan secara enzimatik dengan sumber enzim lipase dari mikroba. Sebagai reaktan adalah karbohidrat ( sukrosa, fruktosa, glukosa dan sorbitol) dan asam lemak ( stearat, oleat dan linoleat).
ISBN : Sukrosa sebagai salah satu karbohidrat, merupakan senyawa organik yang sumbernya banyak diperoleh dari tumbuhan. Begitu pula dengan asam palmitat sebagai salah satu asam lemak yang juga banyak ditemukan dari tumbuhan seperti kelapa sawit dan tumbuhan biji-bijian. Untuk keperluan tersebut, perlu kajian bagaimana mendapatkan kondisi sintesis dan karakteristik biosurfaktan ester sukrosa asam palmitat dengan menggunakan dua enzim lipase yaitu lipase getah pepaya. METODE PENELITIAN Bahan dan Alat Bahan utama penelitian ini adalah getah pepaya, sukrosa dan asam palmitat. Bahan lainnya untuk analisis meliputi : iso oktan, kupri asetat, piridin, natrium alginat, asetat anhidrida, butanol, kalium hidroksida, natrium klorida, kalsium klorida, buffer posfat, ammonium sulfat, dimetil formanida, petroleum eter, heksan, dietil eter, benzena, asam asetat glasial, asam sulfat, aquades. Semua bahan kimia kualitas proanalisis. Alat yang digunakan meliputi spektrofotometer UVVis, spektrofotometer Infra Red, KLT preparatif, sentrifuge, magnetik stirrer, tensiometer, kolom immobilisasi, oven vakum, refraktometer dan alat-alat gelas laboratarium yang umum digunakan untuk analisis. Pelaksanaan Penelitian Penelitian dilaksanakan secara bertahap berdasarkan perlakuan yang diterapkan. Tahap awal penelitian adalah pengambilan sampel getah pepaya yang digunakan sebagai biokatalisator dalam sintesis biosurfaktan ester sukrosa palmitat. Preparasi getah pepaya diawali proses salting out yang manggunakan amonium sulfat secara bertingkat. Konsentrasi mulamula amonium sulfat yang digunakan yaitu 20 %. Getah pepaya yang sudah mengalami proses salting out kemudian difraksinasi kembali menggunakan amonium sulfat 40% dan 60 %. Fraksi getah pepaya hasil salting out diimobilisasi menggunakan natrium alginate dan pelarut kalsium klorida. Hasil imobilisasi getah pepaya dikering 2
Prosiding Seminar Nasional HPTI I 2013 bekukan menggunakan freezedryer. Lipase getah pepaya amobil selnjutnya digunakan sebagai biokatalisator pada reaksi biosurfaktan ester sukrosa palmitat. a. Immobilisasi Getah Pepaya (Suhardi, dkk, 2006) Kegiatan dimulai dengan pencampuran getah pepaya 100 g dengan 200 ml NaCl 1 M, diaduk dengan magnetic stirrer selama 3 jam. Selanjutnya campuran disaring, filtrat yang diperoleh diendapkan dengan NH2SO4 60 %. Endapan yang diperoleh ditambahkan buffer posfat encer 0,01 M pH 7,3. Cairan selanjutnya ditambahkan natrium alginat sampai kadarnya mencapai 3 %. Campuran enzim dan natrium alginat dengan pipet drop, diteteskan ke dalam larutan CaCl2 jeuh. Butiran enzim amobil ini kemudian dicuci dengan aquadest, selanjutnya lipase getah pepaya amobil disimpan pada suhu 5° C, untuk digunakan sebagai biokatalisator pada sintesis biosurfaktan. b. Sintesis Biosurfaktan Ester Sukrosa Palmitat Kegiatan pertama pada sintesis biosurfaktan yaitu butiran lipase getah papaya amobil di masukkan ke dalam reaktor sebanyak 10 g. Perlakuan yang diterapkan yaitu, rasio sukrosa : palmitat yang terdiri dari 5 taraf yaitu R1 (3:5) ; R2 (3:10); R3 (3:15); R4 (3:20); R5 (3:25). Masing-masing taraf diulang tiga kali sehingga jumlah percobaan ada 15 unit. Waktu reaksi kontak antara reaktan dengan lipase getah pepaya amobil di dalam reaktor adalah 48 jam. Parameter yang diamati adalah bilangan ester menggunakan metode titrimetri (Marseno, dkk, 1998). Kondisi terbaik dari perlakuan rasio reaktan digunakan untuk perlakuan selanjutnya yaitu variasi waktu reaksi. Taraf variasi waktu ada lima yaitu : T1 (12 jam); T2 (24 jam); T3 (36 jam); T4 (48 jam); dan T5 (60 jam) dan masing-masing taraf diulang tiga kali. Jumlah percobaan seluruhnya 15 unit. Kondisi terbaik dari perlakuan waktu reaksi antara reaktan dengan lipase amobil getah pepaya, dilanjutkan untuk perlakuan variasi jumlah butiran lipase getah pepaya amobil di dalam reaktor reaksi. Variasi jumlah lipase terdiri dari lima taraf, yaitu P1 (5 g ); P2 (10 g ); P3 (15 g); P4 ( 20 g ); dan P5 ( 25 g ). Masing-masing taraf diulang sebanyak tiga kali, sehingga terdapat 15 unit
ISBN : percobaan. Parameter yang diamati adalah bilangan ester dari masing-masing hasil perlakuan. Kondisi terbaik dari ketiga perlakuan tersebut di atas, digunakan pada penelitian tahap kedua yaitu karakterisasi biosurfaktan Ester Sukrosa Palmitat. Karakterisasi biosurfaktan yang dilakukan yaitu : Angka Hidroksil (AOAC,1995); Penentuan bilangan asam (Marseno, dkk, 1998); Uji KLT dengan eluen petroleum eter:dietil eter:asam asetat glacial (65:35:1), sebagai pembanding digunakan sukrosa monopalmitat; Nilai HLB dengan metode nilai air (Gupta, dkk.1983); uji sifat biosurfaktan sebagai stabilisator emulsi (Suhardi, dkk.2006) dan uji tegangan permukaan dengan metode Du Nuoy Ring (Suhardi, dkk. 2006). HASIL DAN PEMBAHASAN Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dengan menerapkan tiga perlakuan terhadap sintesis biosurfaktan ester sukrosa palmitat, hasil yang dicapai sebagai berikut: a. Pengaruh Rasio Substrat Sukrosa Terhadap Asam Palmitat. Penentuan rasio substrat terbaik terhadap bilangan ester biosurfaktan diperoleh bilangan ester tertinggi pada rasio substrat 3 : 20 adalah 92,33 mg/gr. Pada rasio ini terjadi interaksi yang optimum antara sisi aktif enzim lipase dengan substrat. Penurunan bilangan ester terjadi pada rasio 3 : 25 hal ini disebabkan karena terjadi reaksi hidrolisis ikatan ester pada produk biosurfaktan. Hubungan antara pengaruh rasio subtrat terhadap bilangan ester biosurfaktan ester sukrosa palmitat disajikan dalam gambar 1.
Gambar 1. Grafik Pengaruh Rasio Substrat Terhadap Bilangan Ester
b. Pengaruh waktu reaksi
3
Prosiding Seminar Nasional HPTI I 2013 Produk biosurfaktan ester sukrosa palmitat juga dipengaruhi oleh lamanya waktu reaksi. Penentuan waktu optimum lipase getah papaya untuk mengkatalisis reaksi esterifikasi antara sukrosa dengan asam palmitat diperoleh bilangan ester tertinggi pada waktu reaksi 72 jam dengan bilangan ester sebesar 61,59 mg/gr. Penurunan bilangan ester terjadi pada waktu reaksi setelah 72 jam yaitu pada waktu reaksi 96 jam hal ini disebabkan karena produk biosurfaktan mengakami reaksi balik sehingga ester yang terbentuk terhidrolisis. Hubungan antara waktu reaksi dengan pembentukan bilangan ester biosurfaktan disajikan dalam gambar 2.
Gambar 2. Grafik Pengaruh Waktu Reaksi Terhadap Bilangan Ester
c. Pengaruh jumlah lipase getah papaya. Penentuan kondisi optimum reaksi dengan menggunakan variasi jumlah lipase getah papaya, hasil analisis menunjukkan bilangan ester tertinggi diperoleh dengan penggunaan jumlah lipase 8 gr, dengan nilai bilangan ester 70,03 mg/gr. Kondisis reaksi juga menunjukkan bahwa aktifitas enzim meningkat seiiring dengan meningkatnya jumlah enzim yang mengkatalisis substrat. Penggunaan jumlah lipase gtah papaya diatas 8 gr dapat menghambat produk akhir yang disebabkan aktifitas enzim yang berkurang. Hubungan antara jumlah lipase getah papaya terhadap bilangan ester biosurfaktan disajikan dalam gambar 3.
ISBN : Gambar 3. Grafik Pengaruh Jumlah Lipase Terhadap Bilangan Ester d. Karakteristik Biosurfaktan Hasil analisis produk biosurfaktan ester sukrosa palmitat dapat ditunjukkan dengan spectral infrared (IR) seperti yang disajikan dalam gambar 4. Tipe vibrasi ester sukrosa palmitat dapat dicirikan dengan terbentuknya uluran karbonil C=O pada panjang gelombang 1720 cm-1 dan uluran O-H pada panjang gelombang 3416. Berdasarkan spectra tersebut terlihat adanya pergeseran gugus OH, hal ini disebabkan karena produk biosurfaktan hasil sintesis tidak dilakukan pemurnian. Karakteristik produk ester sukrosa palmitat berdasarkan analisis sifat fisika adalah sebagai berikut : angka hidroksi 53 mg/gr, nilai HLB 7,3, tegangan permukaan 29,74 dyne/cm, indeks refraksi 1,49 dan stabilitas emulsi 134 menit. Sifat fungsional biosurfaktan ini masih lebih rendah dibandingkan dengan biosurfaktan ester asam lemak yang lain seperti sorbitan oleat maupun sorbitan trioleat. Hal ini disebabkan karena produk biosurfaktan masih menggandung zat pengotor (impurities) berupa asam palmitat maupun sukrosa. Untuk memproleh produk yang lebih murni maka perlu dilakukan proses pemurnian menggunakan kolom kromatografi.
Gambar 4 : Spektral FTIR Biosurfaktak ester Sukrosa Palmitat
KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dengan menerapkan tiga perlakuan, dan analisis sifat kimia dan sifat fisika biosurfaktan sukrosa palmitat 4
Prosiding Seminar Nasional HPTI I 2013 maka kesimpulan yang dapat dikemukakan sebagai berikut : 1. Rasio terbaik antara sukrosa dan palmitat pada sintesis biosurfaktan yaitu 3: 20. 2. Waktu reaksi sintesis terbaik yaitu 72 jam. 3. Jumlah lipase terbaik sebagai biokatalisator yaitu 8 gram. 4. Nilai HLB biosurfaktan ester sukrosa palmitat adalah 7,3. 5. Angka hidroksil biosurfaktan ester sukrosa palmitat adalah 53 mg KOH/gr. 6. Nilai tegangan permukaan biosurfaktan ester sukrosa palmitat adalah 29,74 dyne/cm. 7. Nilai stabilisasi emulsi biosurfaktan ester sukrosa palmitat adalah 134 menit. DAFTAR PUSTAKA [1] Akoh, CC, and Swanson., Optimized Synthesis of Sucrose Polyester: Comparison of Phisical Properties of Sucrose Polyester, Reffinose Polyester and Salad Oils. J. Food Sci. 55 : 236-243. 1990
ISBN : Berbasis Minyak Sawit. RUSNAS Pengembangan Industri Hilir. Kelapa Sawit – MAKSI. 2003 [7] Suhardi., Tranggono., Pudji hastuti, dan M. Muchalal. Sintesis Secara Semi Kontinyu Biosurfaktan Ester Sorbitol Oleat Menggunakan Lipase Getah Pepaya Imobil. Majalah Ilmu dan Teknologi Pertanian, Vol. XVI, No. 2. Hal. 1-7. 2006 [8] Villeneuve P dan Foglia TA. Lipase Specificities : Potential Application In Lipid Bioconversions. INFORM. 8 : 640-650. 1997 [9] Zuhrina, M., Sintesis Biosurfaktan Dietanol Amida Menggunakan Lipase dari Rhizomucor Meihei dan Candida Antartica. Departemen Tehnik Kimia, Fakultas teknik, Universitas Sumatra Utara. Medan. 2008
[2] AOAC, Official Methods of Analysis of the Association of Official Analysis Chemists. Sydney W. (ed). The AOAC Inc., Virginia. USA. 1995 [3] Gupta, RK, James K, and Smith GJ. Sucrose Ester and Sucrose Ester/Glycerida Blend as Emulsifier. JAOCS. 60 : 862-869. 1983 [4] Marseno DW., Indarti. R., and Ohta Y. A Simplified Methods for Determination of Free Fatty Acids for Soluble and Immobilized Lipase Assay. Indonesian Food and Nutrition Progress. 5 : 79-83. 1998 [5] Mukherjee KD, Kiewitt I. Specificity of Carica Papaya Latex as Biocatalyst in Esterification of Fatty Acids with 1- Butanol. J. Agric For Chain. 44 : 1984-1952. 1996 [6] Seino H, and Tsuyoshi U. Enzymatic Synthesis of Carbohydrate ester of Fatty Acid, Esterification of Sucrose, Glucose, Fructose and Sorbitol. JAOCS. 61 : 1761-1765. 1984 [6] Suhardi, Tranggono, Supranto dan Pudji Hastuti. Produksi Biosurfaktan Non Ionik Secara Enzimatis 5
