SINTESIS MONO-DIASILGLISEROL ( M-DAG ) DARI DESTILAT ASAM LEMAK MINYAK SAWIT (DALMS) MELALUI ESTERIFIKASI ENZIMATIS
FARIDA NURAENI
SEKOLAH PASCA SARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
2
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul Sintesis MonoDiasilgliserol (M-DAG) Dari Destilat Asam Lemak Minyak Sawit (DALMS) Melalui Esterifikasi Enzimatis adalah karya sendiri dibawah bimbingan dan arahan Dr.Ir. Nuri Andarwulan, MS dan Dr. Tri Haryati, MS dan belum pernah diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain, telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan pada daftar pustaka di bagian akhir tesis ini. Bogor, November 2008 Farida Nuraeni
3
ABSTRACT FARIDA NURAENI. The Syntheses of Mono-diacylglycerol (M-DAG) from Palm Fatty Acid Destilate (PFAD) by Enzymatic Esterification. Under the guidance of NURI ANDARWULAN as the Chairlady and TRI HARYATI as member of the advisory committee. Mono-diacylglycerol (M-DAG) are emulsifiers in food industries with GRAS (Generally recognized as safe) statuta. M-DAG can be synthesized by chemical or enzymatic way. Biosyntheses of M-DAG can be catalyzed by lipase enzyme with three ways; esterification fatty acid with glycerol, hydrolysis triglicerida and transesterification. The objectives of this research was to look for the optimum conditions (solvent, time and temperature reaction) to syntheses of M-DAG by enzymatic esterification of PFAD (Palm Fatty Acid Destilate) and glycerol using lipase. Substrat ratio of PFAD: glycerol in this research was 2 : 3 with 1g of total mass and 4% of lipase from total substrat. This research used a central composite design (CCD) with 20 unit experiments and respon surface model to evaluated the effects of solvent, time and temperature reaction to syntheses of M-DAG. The product of M-DAG were evaluated the physicochemical properties including melting point, free fatty acid and iodine value. The result showed that optimum conditions to syntheses of M-DAG for yield parameter were 54o C, 14 hours and 11 ml of tertier-butanol as solvent and were chosen as optimum conditions for syntheses of M-DAG due to the maximal yield (58%) and high MAG fraction. From statistic analysis, yield parameter model has significantly affected (P= 0,0449< 0,1) and had high coefficient of correlation (r = 0,8591). The verification of the optimum conditions had coefficient of varian 6,66% and 51,66% for yield, which consist of 78,31% with coefficient of varian 8,70% for MAG fraction and 21,69% for DAG fraction with coefficient of varian 31,6%. The melting point of M-DAG was 57,0-62,5o C, free fatty acid content was 0,75% and iodine value was 16,7. Key words : PFAD, esterification, enzymatic, M-DAG
4
RINGKASAN FARIDA NURAENI. Sintesis Mono-diasilgliserol (M-DAG) Dari Destilat Asam Lemak Minyak Sawit (DALMS) Melalui Esterifikasi Enzimatis. Dibimbing oleh NURI ANDARWULAN dan TRI HARYATI. Campuran Mono-diasilgliserol (M-DAG) merupakan emulsifier yang paling banyak digunakan dalam industri pangan yaitu sekitar 70% dari penggunaan emulsifier dengan status GRAS (generally recognized as safe) atau aman untuk dikonsumsi. Campuran M-DAG dapat disintesis secara kimia atau enzimatis. Sintesis M-DAG dapat dikatalisa oleh enzim lipase melalui tiga cara yaitu esterifikasi antara asam lemak dan gliserol, hidrolisis trigliserida dan transesterifikasi yaitu reaksi transfer asil antara ester asam lemak atau minyak dengan alkohol seperti etanolisis atau gliserolisis. Penelitian ini mempelajari kondisi optimum yang meliputi suhu reaksi, waktu reaksi dan volume pelarut tertier-butanol pada sintesis M-DAG secara esterifikasi enzimatis antara distilat asam lemak minyak sawit (DALMS) dan gliserol menggunakan enzim lipase. Pada penelitian ini perbandingan DALMS : Gliserol adalah 2:3 dengan berat total 1 gram dan enzim lipase sebesar 4% dari total substrat (DALMS dan gliserol). Rancangan penelitian yang digunakan adalah Central Composite Design (CCD) dengan 20 unit percobaan. Model permukaan tanggap (respon surface) digunakan untuk melihat pengaruh volume pelarut, waktu reaksi dan suhu reaksi esterifikasi pada jumlah produk M-DAG yang dihasilkan. Setelah itu produk MDAG dikarakterisasi sifat fisikokimianya yang meliputi titik leleh, kadar asam lemak bebas dan bilangan iodin. Dari hasil penelitian diperoleh kondisi optimum untuk parameter rendemen yaitu suhu reaksi 54º C, waktu reaksi 14 jam dan volume pelarut tertierbutanol 11 ml. Kondisi optimum ini dipilih sebagai kondisi optimum proses sintesis M-DAG karena kondisi optimum ini selain dapat menghasilkan rendemen yang maksimal yaitu 58%, juga akan menghasilkan fraksi MAG yang tinggi yaitu 96,6% jika diterapkan pada model persamaan untuk fraksi MAG. Dari analisis data permukaan tanggap, model persamaan untuk parameter rendemen juga memiliki hasil yang berbeda nyata yaitu P = 0,0449< 0,1 dengan nilai koefisien korelasi r = 0,8591. Kondisi optimum ini juga sudah dilakukan verifikasi dengan empat kali ulangan dengan nilai coefficient of varian sebesar 6,66% dengan rendemen 51,66%, fraksi MAG 78,31% dengan coefficient of varian 8,75% dan fraksi DAG 21,69% dengan coefficient of varian 31,6%. Dengan menggunakan nilai coefficient of varian maksimal 15% maka data verifikasi menunjukkan hasil yang cukup baik untuk parameter rendemen dan kandungan fraksi MAGnya. Hasil karakterisasi sifat fisikokimia produk M-DAG adalah titik leleh 57º C- 62,5º C, kadar asam lemak bebas 0,7486% dan bilangan iodin 16,7. Kata kunci : DALMS, esterifikasi, enzimatis, M-DAG
5
©Hak cipta milik IPB, tahun 2008 Hak cipta dilindungi Undang-undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber. a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilniah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah. b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB.
6
SINTESIS MONO-DIASILGLISEROL ( M-DAG ) DARI DESTILAT ASAM LEMAK MINYAK SAWIT (DALMS) MELALUI ESTERIFIKASI ENZIMATIS
FARIDA NURAENI
Tesis Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Ilmu Pangan
SEKOLAH PASCA SARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
7
LEMBAR PENGESAHAN
Judul Tesis Nama NIM
: Sintesis Mono-diasilgliserol (M-DAG) dari Destilat Asam Lemak Minyak Sawit (DALMS) Melalui Esterifikasi Enzimatis. : Farida Nuraeni : F251040071
Disetujui Komisi Pembimbing
Dr.Ir. Nuri Andarwulan, MSi Ketua
Dr. Tri Haryati, MS Anggota
Diketahui Ketua Program Studi Ilmu Pangan
Dr. Ir. Ratih Dewanti H, MSc
Tanggal ujian : 17 Oktober 2008
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS
Tanggal lulus :
8
PRAKATA Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kasih atas segala rahmat dan karuniaNya sehingga tesis ini dapat terselesaikan. Tesis ini berjudul “Sintesis Mono-diasilgliserol (M-DAG) Dari Destilat Asam Lemak Minyak Sawit (DALMS) Melalui Esterifikasi Enzimatis”, sebagai salah satu syarat untuk penyelesaian studi pada Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1. Ibu Dr.Ir. Nuri Andarwulan, MSi dan Ibu Dr.Tri Haryati, MS., selaku pembimbing atas segala bimbingan, saran dan arahannya. 2. Ibu Dr. Ir. Dede Robiatul Adawiyah, Msi selaku dosen penguji diluar komisi pembimbing yang telah memberikan masukan dan saran untuk menyempurnakan tesis ini. 3. Kementrian Riset dan Teknologi Republik Indonesia atas pendanaan yang diberikan pada penelitian ini melalui program Riset Unggulan Strategis Nasional (RUSNAS) Industri Hilir Kelapa Sawit. 4. Rektor Universitas Pakuan Bogor yang telah memberikan izin dan kesempatan kepada penulis untuk mengikuti pendidikan di PPS-IPB. 5. Pimpinan proyek BPPS Ditjen Dikti Depdiknas yang telah memberi beasiswa program pascasarjana kepada penulis. 6. Staf laboratorium Southeast Asia Food and Agricultural Science and Technology
Center
(SEAFAST
Center)
IPB
atas
bantuan
dan
kerjasamanya selama penelitian. 7. Suami dan anak-anak tercinta (Ir. Hendrico Walla, Christopher, Eunike dan Cassandra) yang selalu memberi semangat, dorongan serta penghiburan dengan keriangan manakala penulis merasa lelah, jenuh dan kehilangan semangat hingga terselesaikannya tesis ini. 8. Bapak dan Ibu tersayang yang senantiasa menyebut nama penulis dalam setiap
doa syafaatnya serta selalu memberikan nasihat dan dorongan
manakala penulis didera rasa gundah . 9. Ketua, pengajar dan pegawai Administrasi program Studi Ilmu Pangan IPB yang telah memberikan perhatian, mengajar dan memberikan
9
pelayanan administrasi dan akademik kepada penulis selama kuliah di IPB. Akhirnya dengan segala kerendahan hati penulis persembahkan karya tulis ini kepada para pembaca dengan harapan dapat bermanfaat bagi dunia ilmu pengetahuan.
Bogor, November 2008
Farida Nuraeni
10
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan sebagai putri pertama dari pasangan Bapak Danang Sukamto dan Ibu Sri Rahayu di Sukoharjo pada tanggal 19 Januari 1972. Pada tahun 1990 penulis menyelesaikan sekolah menengah tingkat atas di SMA negeri I Surakarta dan pada tahun 1995 berhasil lulus dari Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam (MIPA) jurusan kimia di Universitas Brawijaya Malang. Pada tahun 2004 penulis mendapat kesempatan mengambil studi S2 pada program studi Ilmu Pangan IPB dengan sponsor dari BPPS-Dikti. Penulis pernah bekerja sebagai asisten dosen pada Akademi Kimia Analis Bogor pada tahun 1995 sampai 1997 dan pada tahun 1997 sampai sekarang penulis aktif sebagai dosen tetap pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) jurusan Kimia di Universitas Pakuan Bogor.
11
DAFTAR ISI Halaman ABSTRACT
i
RINGKASAN
ii
DAFTAR ISI
iii
DAFTAR TABEL
iv
DAFTAR GAMBAR
v
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitian Hipotesa
1 1 3 3
TINJAUAN PUSTAKA Destilat Asam Lemak Minyak Sawit . Enzim Lipase Gliserol Emulsifier M-DAG Reaksi Esterifikasi Peranan Pelarut Dalam Sintesis M-DAG
4 4 7 9 10 12 15
BAHAN DAN METODE Tempat dan Waktu Bahan dan Alat Metode Rancangan Penelitian
18 18 18 18 25
HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Fisikokimia DALMS Penentuan Jumlah Pelarut Dalam Sintesis M-DAG Optimasi Sintesis M-DAG Verifikasi Kondisi Optimum Sintesis M-DAG Karakterisasi Produk M-DAG
26 26 26 28 35 39
KESIMPULAN DAN SARAN
45
DAFTAR PUSTAKA
47
12
DAFTAR TABEL Halaman 1. Produksi minyak sawit dan destilat asam lemak minyak sawit (DALMS) tahun 2005-2010*.
5
2. Komposisi asam lemak destilat asam lemak minyak sawit (DALMS) dari beberapa peneliti.
6
3. Kegunaan emulsifier M-DAG pada produk pangan.
12
4. Perbandingan hasil reaksi sintesis M-DAG secara enzimatis berbahan dasar DALMS dari beberapa peneliti.
14
5. Perlakuan dan kode perlakuan pada penelitian
20
6. Rancangan percobaan dengan pengkodean
20
7. Setting perlakuan pada penelitian berdasarkan Central Composite Design
22
8. Rekapitulasi persamaan hasil analisis permukaan tanggap terhadap parameter rendemen, jumlah fraksi MAG dan DAG pada kondisi optimum
36
9. Data hasil verifikasi kondisi optimum sintesis M-DAG
39
10.Hasil analisa kuantitatif produk M-DAG hasil sintesis dengan kondisi optimum terpilih 40 11.Karakter fisikokimia bahan baku (DALMS), produk M-DAG dan M-DAG komersial.
43
13
DAFTAR GAMBAR Halaman 1. Mekanisme reaksi hidrolisis
5
2. Reaksi lipase dengan substrat trigliserida
7
3 Struktur molekul monodiasilgliserol (MAG), diasilgliserol (DAG) dan triasilgliserol (TAG).
11
4. Skema reaksi esterifikasi
13
5. Reaksi esterifikasi satu molekul asam lemak dengan satu struktur molekul gliserol
13
6. Skema proses esterifikasi DALMS
21
7. Histogram rendemen produk kristalisasi menggunakan pelarut heksana pada berbagai volume
28
8. Kromatogram KLT produk sintesis M-DAG pada perlakuan 1- 11 dalam Central Composite Design
29
9. Kromatogram KLT produk sintesis M-DAG pada perlakuan 12-20 dalam Central Composite Design
30
10. Permukaan tanggap terhadap nilai rendemen dengan waktu reaksi 14 jam pada berbagai perlakuan volume pelarut dan suhu reaksi sintesis M-DAG
32
11. Permukaan tanggap terhadap fraksi monoasilgliserol dengan waktu reaksi 17 jam pada berbagai perlakuan volume pelarut dan suhu reaksi sintesis M-DAG
34
12. Permukaan tanggap terhadap fraksi diasilgliserol dengan waktu reaksi 19 jam pada berbagai perlakuan volume pelarut dan suhu reaksi sintesis M-DAG
35
13. Profil kromatogram KLT produk M-DAG hasil verifikasi
37
14. Profil kromatogram kromatografi gas produk M-DAG hasil sintesis dengan kondisi optimum terpilih.
40
14
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1. Rendemen produk sintesis M-DAG pada berbagai perlakuan waktu dan volume pelarut tertier-butanol
53
2. Rendemen produk kristalisasi menggunakan pelarut heksan pada berbagai volume.
54
3. Hasil optimasi sintesis M-DAG dengan rancangan Central Composite Design
55
4. Hasil uji metode permukaan tanggap untuk parameter rendemen dengan menggunakan software SAS v 6.12
56
5. Hasil uji metode permukaan tanggap untuk parameter MAG dengan menggunakan software SAS v 6.12
59
6. Hasil uji metode permukaan tanggap untuk parameter DAG dengan menggunakan software SAS v 6.12
62
7. Skema proses penelitian
65
8.
Foto produk M-DAG hasil sintesis
66
9.
Perhitungan berat produk M-DAG dari esterifikasi DALMS secara teoritis
67
10. Data karakterisasi sifat fisikokimia DALMS
68
11. Data karakterisasi sifat fisikokimia produk M-DAG hasil sintesis dengan kondisi optimum terpilih
69
12. Data penelitian pendahuluan untuk menentukan waktu reaksi yang digunakan untuk menentuan volume pelarut tertier-butanol dan heksan.
70
15
PENDAHULUAN Latar Belakang Campuran mono-diasilgliserol (M-DAG) merupakan emulsifier yang paling banyak digunakan dalam industri pangan (Artz 1990; Igoe dan Hui 1996), yaitu sekitar 70% dari penggunaan emulsifier dan pernah mencapai 80% pada tahun 1984 (Kamel 1991 dan O’Brien 1998). Menurut Kamel (1991) dan Zielinski (1997), M-DAG adalah emulsifier yang paling banyak digunakan dengan status GRAS (generally recognized as safe) atau aman untuk dikonsumsi. Campuran M-DAG dapat diperoleh dengan dua teknik, yaitu dengan cara kimia dan enzimatis. Proses produksi menggunakan katalis kimia adalah dengan cara gliserolisis minyak atau lemak pada suhu tinggi yaitu 200-250 oC. Proses ini memerlukan konsumsi energi yang besar untuk mencapai kondisi suhu reaksi yang tinggi, selain itu penggunaan suhu yang tinggi menyebabkan produk berwarna gelap dengan flavor menyimpang (Berger dan Scheneider 1992; Bornscheuer 1995; Mc Neil dan Sonnet 1995). Proses produksi campuran MDAG dengan katalis kimia juga memerlukan gliserol dalam jumlah yang sangat berlebih (Mc Neil dan Sonnet 1995). Produk campuran M-DAG yang dihasilkan dengan katalis kimia juga memiliki keragaman posisi asil yang lebih besar, karena gugus asil terdistribusi secara acak sehingga produk M-DAG yang dihasilkan kurang spesifik. Untuk mengatasi kekurangan-kekurangan tersebut diatas dikembangkan sintesis campuran M-DAG secara enzimatis. Sintesis M-DAG dapat dikatalisa oleh enzim lipase melalui tiga cara yaitu esterifikasi, hidrolisis dan transesterifikasi (Garcia et al. 1996). Pada penelitian ini emulsifier M-DAG disintesis dengan cara esterifikasi yaitu mereaksikan destilat asam lemak minyak sawit (DALMS) dan gliserol menggunakan katalis enzim lipase. DALMS merupakan produk samping dari proses pemurnian minyak sawit kasar yaitu sekitar 3-3,7% dari minyak sawit kasar yang dimurnikan (Gapor et al. 1992). Produksi minyak sawit kasar di Indonesia pada tahun 2005 sekitar 19,3 juta ton, tahun 2006 mencapai 21,7 juta ton dan pada tahun 2007 diperkirakan
16
mencapai 23,3 juta ton, tahun 2008 diperkirakan 25,3 juta ton, tahun 2009 diperkirakan 27,5 juta ton dan pada tahun 2010 diperkirakan mencapai 29,7 juta ton (Ditjen Perkebunan 2007). Jumlah DALMS diperkirakan meningkat dengan semakin banyaknya produksi minyak sawit di Indonesia pada tahun-tahun mendatang. Gapor et al. (1992) juga menyatakan bahwa DALMS banyak mengandung asam lemak bebas yaitu sebesar 80% dengan komposisi terbesar asam lemak palmitat dan asam lemak oleat sehingga dapat dimanfaatkan sebagai sumber asam lemak untuk pembuatan emulsifier M-DAG melalui reaksi esterifikasi dengan gliserol secara enzimatis. Emulsifier M-DAG banyak digunakan sebagai penstabil emulsi pada produk pangan dan non pangan, seperti farmasi dan kosmetik. Molekul MAG tersusun oleh satu rantai asil lemak yang diesterifikasikan pada molekul gliserol, sedangkan DAG memiliki dua rantai asil lemak. Gugus hidroksil bebas bersifat hidrofilik yang dapat berikatan dengan air, sedangkan asam lemak sebagai gugus teresterifikasi merupakan gugus lipofilik yang dapat berinteraksi dengan fase minyak atau lemak, oleh karena itu MAG dan DAG bersifat sebagai bahan surface active (surfaktan) dan dapat digunakan sebagai emulsifier. Pada saat ini di Indonesia DALMS hanya digunakan sebagai bahan baku pembuatan sabun atau diekspor ke mancanegara untuk pembuatan kosmetik. Pada penelitian ini diharapkan dapat diproduksi campuran M-DAG yang lebih spesifik yaitu mengandung gliserol monopalmitat atau gliserol monooleat dengan gugus asil pada posisi 1 atau 3 yang merupakan bentuk paling aktif menurut sifat fungsionalnya dan gliserol dipalmitat atau gliserol dioleat dengan gugus asil pada posisi 1 dan 3 (Kamel 1991). Oleh karena itu, pengembangan penggunaan DALMS sebagai bahan baku produksi emulsifier M-DAG diharapkan dapat memberikan nilai tambah
dan dalam jangka panjang emulsifier ini juga
diharapkan dapat menggantikan emulsifier komersial yang selama ini digunakan oleh industri- industri di Indonesia dan masih berstatus barang impor.
17
Tujuan Penelitian Penelitian ini dimaksudkan untuk mendapatkan kondisi optimum sintesis M-DAG dengan esterifikasi DALMS dan gliserol secara enzimatis menggunakan enzim lipase .
Hipotesa Esterifikasi DALMS dan gliserol secara enzimatis menggunakan enzim lipase dapat menghasilkan M-DAG yang optimum baik dari jumlah rendemen maupun kandungan MAGnya.
18
TINJAUAN PUSTAKA Destilat Asam Lemak Minyak Sawit (DALMS) Destilat asam lemak minyak sawit (DALMS) atau Palm Fatty Acid Destilate (PFAD) merupakan produk samping proses pemurnian minyak sawit dalam industri minyak goreng. Tahapan proses pemurnian minyak adalah pemisahan gum (degumming), pemisahan asam lemak bebas (deasifikasi/ netralisasi), pemucatan (bleaching) dan penghilangan bau (deodorasi). Proses degumming perlu dilakukan sebelum proses netralisasi, sebab sabun yang terbentuk dari hasil reaksi antara asam lemak bebas dan alkali pada proses netralisasi akan menyerap gum (getah dan lendir) sehingga menghambat proses pemisahan sabun dari minyak (Ketaren 2005). Deasifikasi atau netralisasi merupakan proses pemisahan asam lemak bebas dalam minyak, yang dapat dilakukan dengan metode kimia, fisik, biologis, reesterifikasi, ekstraksi pelarut, supercritical fluid extraction dan teknologi membran. Deasifikasi secara kimia dilakukan dengan cara mereaksikan asam lemak bebas dengan basa sehingga membentuk sabun. Basa yang biasa digunakan adalah NaOH, proses ini dikenal dengan istilah caustic deacidification (Bhosle 2004). Bleaching merupakan salah satu tahapan proses pemurnian minyak yang bertujuan untuk menghilangkan zat warna, dilakukan dengan mencampur minyak dengan sejumlah kecil adsorben seperti tanah serap (fuller earth), lempung aktif (activated clay) dan arang aktif (Ketaren 2005). Deodorasi dilakukan untuk memisahkan rasa dan bau dari minyak, prinsip dari proses deodorasi yaitu destilasi minyak oleh uap dalam keadaan hampa udara. Pada suhu tinggi, komponen-komponen yang menimbulkan bau mudah diuapkan kemudian melalui aliran uap komponen tersebut dipisahkan dari minyak. Komponen-komponen yang dapat menimbulkan rasa dan bau dari minyak antara lain asam lemak bebas, aldehida, keton, hidrokarbon dan minyak essensia (Djadmiko dan Widjaja 1985). Deodorisasi dilakukan dengan cara menguapkan komponen-komponen volatil, proses ini dilakukan secara kontinu pada suhu 245265oC dalam keadaan vakum 1-2 tor (Siswanto 2000). Pada proses deodorasi ini destilat asam lemak minyak sawit dihasilkan. Pemisahan asam lemak bebas
19
penting dilakukan di industri minyak goreng karena kandungan asam lemak bebas yang tinggi pada minyak akan menyebabkan minyak mudah teroksidasi dan menyebabkan rendahnya titik asap. Titik asap yang rendah mengakibatkan minyak tidak dapat dipergunakan pada suhu tinggi, sehingga fungsi minyak sebagai media penghantar panas tidak tercapai. Menurut Gapor et al. (1992) pada produksi minyak kelapa sawit akan menghasilkan produk samping destilat asam lemak sawit sebesar 3-3,7 % w/w dari minyak sawit kasar. Pembentukan asam lemak bebas pada minyak sawit kasar merupakan suatu kerusakan yang
disebabkan oleh reaksi hidrolisis,
mekanisme reaksi hidrolisis dapat dilihat pada Gambar 1. Pada saat ini sebagian besar DALMS baru dimanfaatkan untuk bahan pembuatan sabun yang bernilai ekonomi rendah. Produksi minyak sawit kasar Indonesia pada tahun 2005-2010a dan perkiraan jumlah DALMS yang dihasilkan dapat dilihat pada Tabel 1.
Gambar 1 Mekanisme reaksi hidrolisis (Ketaren 2005) Tabel 1 Produksi minyak sawit kasar dan DALMS tahun 2005-2010a Tahuna 2005 2006 2007b 2008b 2009b 2010b a b c
Total produksi minyak sawit kasar (ton)a 19.300.000 21.700.000 23.300.000 25.300.000 27.500.000 29.700.000
Perkiraan jumlah DALMS (ton)c 579.000 651.000 699.000 759.000 825.000 891.000
Sumber : Ditjen Perkebunan (2007) Perkiraan oleh Ditjen Perkebunan Perkiraan dengan asumsi DALMS = 3% dari jumlah minyak sawit kasar
20
DALMS mengandung asam lemak bebas sekitar 80% terutama dari jenis asam lemak palmitat dan oleat, 14.5% asilgliserol (campuran mono, di, dan triasilgliserol), 0.4% sterol (β-sitosterol, stigmasterol dan kolesterol) serta 1.5% hidrokarbon (squalen). Asam lemak bebas merupakan salah satu faktor penentu mutu minyak sawit dan juga merupakan salah satu indikator dalam kerusakan minyak. Asam lemak bebas dalam minyak tidak dikehendaki karena degradasi asam lemak bebas tersebut menghasilkan rasa dan bau yang tidak disukai, oleh karena itu dalam pengolahan minyak diupayakan kandungan asam lemak bebas serendah mungkin (Ketaren 2005). Asam lemak bebas yang terdapat pada DALMS dapat diolah lebih lanjut melalui reaksi esterifikasi dengan gliserol dan katalis lipase untuk menghasilkan monoasilgliserol dan diasilgliserol, selanjutnya monoasilgliserol dan diasilgliserol dapat dipergunakan sebagai emulsifier pada produk pangan atau non pangan seperti kosmetik dan obat-obatan (Elizabeth dan Boyle 1997). Komposisi asam lemak DALMS hasil penelitian terdahulu dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2 Komposisi asam lemak DALMS yang digunakan sebagai substrat esterifikasi enzimatis dari beberapa peneliti Asam Nama asam BM Jumlah (% )a Jumlah (%)b lemak lemak 144 Kaprilat C8 : 0 0,050 172 Dekanoat C10: 0 0,15 0,546 200 Laurat C12 :0 0,15 1,536 228 Miristat C14: 0 47,58 54,276 256 Palmitat C16: 0 0,19 0,204 254 Palmitoleat C16: 1 5,14 3,724 284 Stearat C18: 0 34,75 30,335 282 Oleat C18: 1 10,35 8,382 280 Linoleat C18: 2 0,38 0,249 278 Linolenat C18: 3 0,37 0,186 312 Arakidonat C20: 0 0,380 310 C20: 1 0,132 368 Lignocerat C24:0 a b
Sumber : Christina (2000) Sumber :Atmaja (2000)
21
Enzim Lipase Lipase (EC 3.1.1.3; triasil gliserol hidrolase) merupakan enzim yang sangat fleksibel karena lipase tidak hanya dapat mengkatalisis reaksi hidrolisis trigliserida menjadi asam lemak bebas dan gliserol seperti dapat dilihat pada Gambar 2 tetapi juga dapat
mengkatalisis
reaksi transesterifikasi maupun
esterifikasi. Substrat alami enzim lipase adalah trigliserida dari asam lemak rantai panjang. Trigliserida tersebut tidak larut di dalam air dan enzim lipase dikarakterisasi dengan melihat kemampuannya dalam mengkatalisis hidrolisis ikatan ester pada interfase. Kemampuan menghidrolisis ester asam lemak rantai panjang yang tidak larut membedakan lipase dari esterase yang selama ini sering dikacaukan karena daya kerjanya yang sangat mirip yaitu mengkatalisis hidrolisis ester karboksilat. Esterase cenderung bekerja pada ester karboksilat yang bersifat larut dibandingkan yang tidak larut (Winarno 1999). Trigliserida lipase Digliserida + asam lemak bebas lipase Monogliserida + asam lemak bebas lipase Gliserol + asam lemak bebas Gambar 2 Reaksi lipase dengan substrat trigliserida ( Muchtadi D et al.1992) Substrat lipase dapat berupa trigliserida atau ester asam karboksilat dan amida dalam bentuk larut maupun tak larut. Enzim lipase dapat dihasilkan dari sejumlah mikroorganisme (bakteri, kapang, khamir), hewan dan tumbuhan. Produksi enzim dari hewan dan tumbuhan memiliki kelemahan sehingga industri umumnya menggunakan pembiakan mikroorganisme. Mikroorganisme penghasil lipase dari bakteri antara lain Pseudomonas fluorescens, Staphylococcus carnosus, Bacillus stearothermophillus dan Chromobacterium viscosum.
Lipase yang
berasal dari kapang adalah Aspergillus niger, Mucor miehei dan Rhizophus delemar. Lipase dari khamir dapat diperoleh dari Candida cylindriceae, Candida
22
auriculariae, Candida curvata, Hansenula aromala dan jenis khamir lainnya (Brockman 1984). Penggunaan lipase akhir-akhir ini berkembang pesat terutama setelah diketahui kemampuan enzim ini bereaksi dalam medium organik dan ketersediaannya secara komersial dari berbagai merk dipasaran. Berbagai produk yang dikatalisis oleh lipase telah dieksplorasi oleh para peneliti dan dilaporkan sangat berpotensi diaplikasikan di industri (Bastida 1998). Enzim lipase dapat mengkatalisa reaksi esterifikasi antara asam lemak bebas dengan gliserol dan menghasilkan monoasilgliserol. Hasil yang didapatkan lebih spesifik pada posisi sn-1,3 ; yaitu transfer gugus asil terjadi pada posisi 1 dan atau 3 menghasilkan monoasilgliserol dengan gugus asil di posisi 1 atau 3 (1(3)- MAG) dan DAG dengan gugus asil pada posisi 1 dan 3 (1,3- DAG) (Elizabeth dan Boyle 1997). Jensen et al. (1990) menyatakan bahwa spesifisitas enzim dipengaruhi oleh sifat fisikokimia enzim dan substrat seperti pH, suhu, jenis pelarut, modifikasi fisik atau kimia dan sumber enzim. Sedangkan (Van camp et al. 1998) menyatakan bahwa selektifitas dan spesifisitas lipase sangat tergantung pada kondisi yang diterapkan selama proses seperti aw, pH, suhu, tipe pelarut, pilihan kosubstrat dan imobilisasi. Peningkatan suhu pada enzim tertentu dapat meningkatkan kecepatan reaksi sebaliknya sampai batas tertentu peningkatan suhu reaksi dapat menurunkan kecepatan reaksi bahkan dapat menginaktifkan enzim. Menurut Elizabeth dan Boyle (1997), produksi monoasilgliserol menggunakan katalis lipase memiliki beberapa kelebihan antara lain; kondisi reaksi lebih ramah, khususnya suhu reaksi lebih rendah yaitu sekitar 22-70 oC; lemak atau minyak yang dapat digunakan lebih bervariasi karena berbagai lipozyme® 1M dapat menunjukkan aktivitas pada berbagai asam lemak, lebih banyak pilihan lipase dengan spesifisitas tertentu untuk menghasilkan produk yang spesifik; energi yang dipergunakan lebih rendah dan proses produksi lebih bersifat ramah lingkungan. Aplikasi lipase telah dilakukan oleh beberapa peneliti untuk menghasilkan berbagai produk turunan atau produk modifikasi lemak/minyak. Produk-produk hasil reaksi menggunakan lipase tersebut antara lain MAG yang bersifat
23
antibakteri dari minyak kelapa (Mappiratu 1999) MAG fungsional (Watanabe 2002), ester asam lemak untuk flavor (Babali et al. 2001), surfaktan sorbitan oleat (Xu et al. 2003), lemak coklat dari minyak sawit (Satiawiharja et al.1999), produk makanan bayi yang kaya kandungan asam palmitat pada posisi 2 (Quinlan dan Moore 1993), trigliserida kaya DHA (Irimescu et al. 2001), butyl oleat untuk aditif biodiesel (Linko et al. 1995) dan lain-lain.
Gliserol Nama lain gliserol adalah gliserin yaitu suatu larutan kental yang memiliki rasa manis, tidak berwarna, tidak berbau dan bersifat higroskopis. Rumus kimia dari gliserol adalah C3H8O3 dengan nama kimia propane-1,2,3-triol. Berat molekul gliserol 92,10, masa jenis 1,261 g/cm3, titik didih 290oC dan viskositas 1,5 Pa.s. Gliserol merupakan gula alkohol dan mempunyai tiga gugus hidroksil yang bersifat hidrofilik sehingga dapat larut dalam air (Anonim 2006). Gliserol banyak terdapat dalam bentuk gliserida pada lemak atau minyak dalam jaringan hewan atau tumbuhan. Gliserol juga dapat sebagai produk samping hidrolisis lemak dan minyak, selain asam lemak bebas dan garam logam (sabun). Gliserol sering digunakan sebagai pelarut, pemanis, humektan, bahan tambahan pada industri peledak, kosmetik, sabun cair, permen dan pelumas. Gliserol juga dipakai sebagai komponen antibeku (cryoprotectant) suatu campuran dan sebagai sumber nutrisi pada kultur fermentasi dalam produksi antibiotik (Anonim 2006). Gliserol dapat digunakan sebagai bahan dasar untuk pembuatan monogliserida, digliserida dan trigliserida melalui proses reaksi esterifikasi atau interesterifikasi secara kimia atau enzimatis. Bila suatu radikal asam lemak berikatan dengan gliserol akan terbentuk suatu monogliserida. Trigliserida akan terbentuk bila tiga asam lemak beresterifikasi dengan satu molekul gliserol (Winarno 2002). Penggunaan gliserol akan menyebabkan reaksi keseimbangan menuju ke arah kanan reaksi esterifikasi sehingga menghasilkan produk monodiasilgliserol yang cukup tinggi (Fischer 1998).
24
Emulsifier Mono-diasilgliserol (M-DAG) Sistem emulsi pangan maupun non pangan bersifat jauh lebih kompleks dibandingkan definisi emulsi, yaitu dispersi koloidal suatu droplet cairan pada fase cairan lain; karena fase terdispersi dapat berupa padatan atau fase kontinyu mungkin mengandung bahan yang terdiri dari kristal padatan, seperti pada es krim (Bos et al. 1997). Persamaan karakter pada hampir semua sistem emulsi adalah ketidakstabilan emulsi. Ketidakstabilan atau rusaknya sistem emulsi dapat dicegah dengan cara menggunakan alat mekanik untuk mengatur ukuran droplet terdispersi atau dengan menambahkan bahan penstabil seperti emulsifier. Tujuan utama penambahan emulsifier adalah mencegah coalesen atau penggabungan irreversibel dua atau lebih droplet atau partikel menjadi unit yang lebih besar (Kamel 1991). Emulsifier adalah salah satu ingredien unik dalam industri pangan, yang biasanya digunakan dalam bakeri, mayonnaise, margarin, minuman yang diformulasi, industri coklat, modifikasi adonan dan beberapa aplikasi yang lain. Emulsifier yang umum dihasilkan dari suatu industri pengolahan minyak tumbuhan adalah monogliserida, digliserida dan ester propilen glikol (Hui 1996). Emulsifier campuran M-DAG didefinisikan sebagai emulsifier lipofilik yang
mengandung
monogliserida dan digliserida,
yang dibuat dengan
mereaksikan gliserol dan lemak atau minyak yang spesifik (Igoe dan Hui 1996). M-DAG dapat berupa ester yang padat dan mempunyai titik leleh tinggi, ester yang berbentuk cair pada suhu ruang, maupun ester berbentuk plastis yang bersifat antara padat dan cair (Zielinski 1997; O’Brien 1998). M-DAG memiliki struktur molekul yang terdiri dari bagian hidrofilik pada gugus OH dan bagian lipofilik pada gugus ester asam lemak, struktur MAG, DAG dan TAG dapat dilihat pada Gambar 5. Bentuk emulsifier M-DAG dipengaruhi asam lemak penyusunnya, semakin banyak asam lemak mengandung ikatan rangkap maka bentuk emulsifier akan semakin lunak. Hubungan antara besarnya bilangan iod suatu emulsifier dengan bentuk serta kegunaannya pada produk pangan dapat dilihat pada Tabel 4.
25
Gambar 5 Struktur molekul Monodiasilgliserol (MAG), Diasilgliserol (DAG) dan Triasilgliserol (TAG)(Hassenhuettl 1997) Emulsifier adalah bahan yang mampu mengurangi tegangan permukaan pada interfasial dua fase yang pada keadaan normal tidak bercampur, menyebabkan keduanya bercampur dan membentuk emulsi (Dziezak 1988). Emulsifier termasuk bahan dalam formulasi untuk meningkatkan formasi dan stabilisasi emulsi seperti aerasi busa dan suspensi. Emulsifaier memiliki gugus hidrofilik dan terikat pada fase akueus dan rantai lipofilik yang cenderung berada pada fase minyak (Hassenhuettl 1997). Menurut Krog (1990), emulsifier memiliki berbagai fungsi, terutama untuk meningkatkan stabilitas emulsi, menstabilkan sistem aerasi, mengatur aglomerasi dari globula lemak; memodifikasi tekstur, umur simpan dan sifat reologi dengan mengkompleks molekul pati dan protein, mengembangkan tekstur pangan yang berbasis lemak dengan mengatur polimorfisme dari lemak. Emulsifier sintetik mulai digunakan pada pertengahan abad 20 dan pemakaiannya berkembang seiring dengan berkembangnya industri pangan olahan yang memerlukan teknologi untuk memproduksi dan mempertahankan kualitas produk Emulsifier digunakan untuk memperpanjang umur simpan produk emulsi seperti salad dressing yang dapat disimpan lebih dari setahun tanpa terpisah fase air dan minyaknya (Hassenhuettl 1997). Campuran mono dan diasilgliserol (M-DAG) adalah emulsifier komersial pertama di Amerika yang pada tahun 1929 diaplikasikan pada produk margarin dan sejak saat itu emulsifier telah menjadi produk yang dibutuhkan dalam jumlah besar pada sektor industri. Pemakaian emulsifier pada tahun 1982 adalah sebesar 120 juta kg dengan konsumsi pemakaian M-DAG sebesar 96 juta kg (Dziezak 1988).
26
Tabel 4 Kegunaan emulsifier M-DAG pada produk pangan Bentuk Emulsifier Keras Bilangan iod > 5
Plastis Bilangan iod 60-80 Lembut Bilangan iod> 90
Kegunaan Menjaga kelembutan Pelembut crumb Pengembang volume Meningkatkan keempukan Memperbaiki tekstur Aerasi adonan Memperbaiki palatabilitas Mengurangi kelengketan Anti lengket Stabilisasi minyak Rehidrasi Memperkuat emulsi Stabilitas pembekuan Perantara antara bentuk keras dan lunak Aerasi Absorbsi air Perbaikan tekstur Emulsi lemah
Produk Pangan Semua produk bakeri Semua produk bakeri Semua produk bakeri Semua produk bakeri Kue Kue Roti Permen dan permen karet Pasta Mentega kacang Kentang goreng Margarin Produk beku Semua produk Pelapis dan pengisi es Pelapis dan pengisi es Saus Margarin
Sumber: O’ Brien (1998)
Campuran mono dan diasilgliserol (M-DAG) termasuk ke dalam golongan polimorfik seperti trigliserida. Kristal M-DAG yang berasal dari proses pendinginan masih dalam bentuk kristal α. Kristal α termasuk kristal yang bersifat intermediat dan akan berubah menjadi kristal β yang lebih stabil dan memiliki titik leleh yang lebih tinggi dibanding kristal α. Monogliserida dapat larut dengan sempurna dalam lemak dan minyak dan terdispersi dalam air pada kondisi tertentu (Gunstone et al. 1994).
Reaksi Esterifikasi Reaksi esterifikasi seperti pada Gambar 3 dan Gambar 4 merupakan reaksi yang menghasilkan senyawa ester dari asam karboksilat dan alkohol. Proses esterifikasi memerlukan katalis berupa katalis logam atau biokatalis (enzim). Reaksi esterifikasi dengan katalis logam berlangsung pada suhu dan tekanan tinggi, sedangkan dengan biokatalis banyak dilaporkan dapat berlangsung pada suhu yang relatif rendah (Harnanik 2005). Linko et al. (1995) menyimpulkan bahwa kandungan air awal sistem reaksi, jumlah enzim dan rasio mol substrat
27
merupakan faktor-faktor yang sangat penting dalam mempengaruhi hasil esterifikasi.
R1OH + R2COOH
R2COOR1 + H2O
Keterangan : R1OH adalah alkohol R2COOR1 adalah ester R2COOH adalah asam karboksilat H2O adalah air Gambar 3 Skema reaksi esterifikasi (Harnanik 2005)
Gambar 4 Reaksi esterifikasi satu molekul asam lemak dengan satu molekul gliserol (Winarno 2002) Esterifikasi langsung dari gliserol dan asam lemak menghasilkan monogliserida, digliserida dan trigliserida pada berbagai tingkatan. Komposisi dari produk akhir tergantung pada rasio gliserol : asam lemak, tipe asam lemak dan kondisi proses yang diterapkan. Esterifikasi dapat dilakukan dengan atau tanpa katalis, proses reaksi tanpa menggunakan katalis memerlukan suhu reaksi yang tinggi dan waktu yang lama serta menghasilkan produk yang cenderung berwarna gelap (Hui 1996). Penelitian yang dilakukan sebelumnya Oleh Pujiastuti (1998) adalah menggunakan DALMS sebagai sumber asam lemak bebas dan gliserol sebagai kosubtratnya untuk menghasilkan M-DAG dengan enzim lipase komersial Rhizomucor miehei. Sintesis M-DAG mencapai optimum pada kondisi reaksi sebagai berikut : rasio DALMS dengan gliserol 2:3, enzim lipase 400 mg, suhu 60oC, waktu 4 jam, waktu pengendapan 24 jam.
28
Christina (2000) telah berhasil mengoptimasi proses produksi M-DAG dari DALMS dengan memodifikasi metode Pujiastuti yaitu enzim dipisahkan baru direfrigerasi dan enzim yang digunakan 1 g sedangkan kondisi yang lain sama. Selain itu Christina juga telah mengkarakterisasi sebagian sifat fisiko-kimia dan sifat fungsionalnya serta mengaplikasikannya pada beberapa produk pangan. Namun demikian produk yang dihasilkan masih cukup banyak mengandung asam lemak bebas dan memiliki bau kurang disukai. Tabel 3 Perbandingan hasil reaksi sintesis M-DAG secara enzimatik berbahan dasar DALMS beberapa peneliti. Parameter Substrat Jumlah
Pujiastuti
Christina
Kitu
Lukita
(1998)
(2000)
(2000)
(2000)
10g DALMS 10g DALMS 10gDALMS+ 30g DALMS + + 14 g gliserol + 14 g gliserol 14 g gliserol 45,92 g gliserol 400 mg 1 mg 1,2 g 1,5 g
enzim
% MAG
suhu 60o C, waktu 4 jam, 200 rpm, pengendapan 24 jam 57,19
suhu 60o C, waktu 4 jam, 200 rpm, pengendapan 24 jam 22,21
suhu 60o C, waktu 4 jam, suhu fraksinasi 5º C 75,90
75,39
% DAG
28,15
41,38
13,04
16,64
% TAG
0,52
1,13
0,55
1,31
% ALB
14,14
35,28
10,51
6,65
% Rendemen
24,42
42,47
32,10
31,06
Kondisi reaksi
suhu 60o C, waktu 4 jam, suhu fraksinasi 10º C
Kitu (2000) juga menggunakan enzim komersial Lipozim dari Rhizomucor miehei dan substrat DALMS untuk menghasilkan M-DAG dengan kondisi reaksi sebagai berikut rasio substrat 10 g DALMS berbanding 14 g gliserol, lipase 5% dari total substrat, waktu 4 jam dan suhu fraksinasi 5o C. Lukita (2000) mensintesis M-DAG menurut metode Kitu dengan skala yang ditingkatkan yaitu 30 g DALMS, 45,92 gliserol suhu 50o C, waktu 4 jam, enzim 2% dan suhu fraksinasi 10oC.
29
Perbandingan hasil reaksi esterifikasi dari beberapa peneliti tersebut disajikan dalam Tabel 3. Dari Tabel 3 dapat dilihat bahwa ke empat peneliti sebelumnya mereaksikan substrat DALMS dan gliserol dengan kondisi reaksi (suhu dan waktu) yang sama yaitu suhu 60o C dan waktu reaksi 4 jam tetapi enzim yang digunakan bervariasi yaitu berkisar 400 mg sampai 1,2 g untuk berat substrat yang sama yaitu 10 g DALMS dan 14 g gliserol. Hasil reaksi yang diperoleh bervariasi dari 22,21% sampai 75,90% untuk fraksi MAG, 13,04% sampai 41,38% untuk fraksi DAG, 0,52% sampai 1,13% untuk fraksi TAG dan 24,42% sampai 42,47% untuk rendemen dengan kadar asam lemak bebas berkisar antara 6,65% sampai 35,28 %. Untuk jumlah substrat yang ditingkatkan menjadi 30 g DALMS dan 45,92 g gliserol, enzim ditingkatkan menjadi 1,5 g dan kondisi reaksi tetap yaitu suhu 60o C dan waktu reaksi 4 jam diperoleh fraksi MAG 75,39%, fraksi DAG 16,64%, fraksi TAG 1,31% dan rendemen 31,06% dengan kadar asam lemak bebas 6,65%.
Peranan Pelarut Dalam Sintesis Mono-diasilgliserol (M-DAG) a. Heksan Faktor- faktor yang mempengaruhi rendemen dalam biosintesis M-DAG antara lain kadar air sistem reaksi, jenis pelarut organik (polaritas pelarut) dan sifat kespesifikan lipase serta faktor lain yang berpengaruh terhadap aktivitas lipase seperti pH, suhu dan konsentrasi substrat (Mappiratu 1999). Pengaruh jenis pelarut (sifat polaritas pelarut) terhadap rendemen M-DAG dilaporkan oleh Li dan Ward (1993) di dalam Mappiratu (1999) pada reaksi gliserolisis konsentrat asam lemak omega-3 minyak ikan menggunakan lipase PS30 dan lipase IM-60. Derajat sintesis dalam satuan persen yang sebanding dengan rendemen M-DAG relatif lebih rendah dalam pelarut organik yang bersifat lebih polar (benzena, aseton dan kloroform) dibandingkan dalam pelarut yang bersifat lebih non polar (hidrokarbon). Fraksi massa M-DAG untuk semua kadar air medium reaksi yang diterapkan meningkat sejalan dengan meningkatnya sifat ketidak polaran pelarut. Pelarut petroleum eter menempati urutan tertinggi dalam hal biosintesis M-DAG
30
yaitu mencapai rendemen 29,40% diikuti berturut-turut pelarut heksan dengan rendemen 28,35%, campuran heksan /dietil eter dan terakhir pelarut dieter etil (Mappiratu 1999). Heksan
adalah
suatu
hidrokarbon
alkana
dengan
rumus
kimia
CH3(CH2)4CH3, berupa cairan tidak berwarna dengan massa molar 86,18 g/ mol, densitas 0,6548 g/ml, titik leleh -95º C dan titik didih 69º C serta viskositas 0,294 cP pada 25º C. Heksan memiliki 5 isomer yaitu heksan dengan 6 atom C (CH3CH2CH2CH2CH2CH3), isoheksan CH3CH(CH3)CH2CH2CH3, 3- Metil pentana
CH3CH2CH(CH3)CH2CH3,
2,3-
Dimetilbutana
CH3CH(CH3)CH(CH3)CH3, 2,2- Dimetilbutana CH3C(CH3)2CH2CH3. Heksan pada umumnya diproduksi pada proses pemurnian minyak bumi kasar, dimana pada industri 50 % berupa isomer dengan rantai lurus yaitu fraksi yang mendidih pada 65-70º C. Isomer dari heksan sebagian besar tidak reaktif dan sering digunakan sebagai pelarut inert dalam reaksi organik, karena heksan bersifat sangat tidak polar.
b. Butanol Yang dan Parkin (1994) didalam Mappiratu (1999) melaporkan bahwa fraksi massa M-DAG yang dihasilkan dari gliserolisis minyak mentega dalam pelarut tertier-butanol dengan lipase PS-30 dalam gel ENT-3400 mencapai maksimum pada kadar air 0,4% sedangkan dengan lipase PS-30 dalam gel ENTP4000 mencapai maksimum pada kadar air 0,8% Menurut Rendon et al. (2001) reaksi tanpa menggunakan pelarut transfer massa yang terjadi akan lebih kecil akibat tingginya viskositas, sedangkan pada reaksi yang menggunakan pelarut viskositas akan lebih rendah dan transfer massa lebih tinggi sehingga rendemen yang dihasilkan juga lebih tinggi. Butanol atau butil alkohol atau kadang-kadang disebut sebagai biobutanol jika diproduksi secara biologi, adalah suatu alkohol primer dengan 4 atom Carbon dan rumus molekulnya C4H10O. Butanol merupakan suatu cairan bening, massa molar 74,1216 g/ mol, densitas 0,8098 g/ cm3 pada 20º C, titik leleh – 89,5º C, titik didih 117,73º C, kelarutan dalam air 9,1 ml/ 100 ml H2O pada 25º C dan
31
viscositas 3 cP pada 25º C. Pada umumnya butanol digunakan sebagai pelarut, sebagai intermediat dalam sintesis kimia dan sebagai bahan bakar. Butanol memiliki 4 isomer, n- butanol atau 1- butanol adalah isomer rantai lurus dengan gugus –OH pada C ujung, isomer berantai lurus dengan gugus –OH pada atom C yang ditengah disebut sec- butanol atau 2- butanol sedangkan isomer dengan rantai bercabang dan gugus –OH pada C ujung disebut isobutanol; 2- metil -1- propanol, isomer ke empat adalah isomer bercabang dengan gugus – OH pada atom C yang ditengah disebut tertier - butanol atau 2- metil-2- propanol. Isomer butanol dengan struktur yang berbeda akan memiliki titik didih dan titik leleh yang berbeda.
32
BAHAN DAN METODE Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian
ini
dilaksanakan
di
Laboratorium
Rekayasa
Proses
Pengembangan Produk Pangan, SEAFAST Center, Institut Pertanian Bogor serta Laboratorium Kimia Pangan, Departemen ITP, Institut Pertanian Bogor dari bulan Mei 2006 hingga bulan Januari 2007.
Bahan dan Alat Destilat asam lemak minyak sawit (DALMS), gliserol (teknis), enzim lipase, heksan (teknis), silika gel dan pelarut yang sesuai, petroleum eter (pa), dietil eter (pa), asam asetat glasial (pa), asam sulfat 5% (pa), pelarut tertierbutanol, aquades, CCl4, larutan I2, larutan KI 15%, indikator pati, Na2S2O3, NaOH,
piridin,
n-tetradekana,
alkohol
95%,
indikator
pp
1%,
2,7-
dichlorofluorescen, BSTFA [bis (trimethylsilil)trifluoro acetamide], TMCS (trimethylchlorsilane). Peralatan gelas, pipet volume, neraca analitik, lempeng KLT, buret, magnetic stirrer, penangas air, vorteks, shaker.
Metode Tahapan-tahapan
yang
dilakukan
dalam
penelitian
ini
meliputi
karakterisasi sifat fisikokimia DALMS, penentuan volume pelarut dalam sintesis M-DAG, optimasi sintesis M-DAG dan karakterisasi fisikokimia M-DAG.
Karakterisasi Sifat Fisikokimia DALMS Karakterisasi sifat fisikokimia destilat asam lemak minyak sawit (DALMS) dilakukan untuk mengetahui kadar asam lemak, bilangan iodin dan titik leleh bahan baku sebelum dilakukan esterifikasi. Penentuan Volume Pelarut Dalam Sintesis M-DAG a. Penentuan Volume Pelarut Tertier- Butanol Pada tahap ini dicari pengaruh penggunaan pelarut tersier butanol dengan berbagai volume ( 9 ml, 14 ml, 19 ml dan 28 ml ) pada waktu reaksi 5 jam dalam
33
sintesis mono dan diasilgliserol dengan biokatalis, yang mengacu pada metode yang telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya (Pujiastuti 1998 dan Nurcahyo et al. 2002). Bahan baku yang digunakan adalah destilat asam lemak minyak sawit dan gliserol sebanyak 1 gram dengan rasio DALMS:gliserol (2:3) reaksi pada suhu 50o C dan waktu 5 jam seperti dapat dilihat pada Gambar 6. Hasil yang maksimal dari tahapan ini digunakan untuk proses selanjutnya dalam menentukan kondisi optimum sintesis mono dan diasilgliserol yaitu waktu reaksi, suhu dan volume pelarut. Parameter untuk menentukan kondisi optimum disini adalah jumlah rendemen dan komposisi M-DAGnya.
b.Penentuan Volume Pelarut Heksan Sebagai Pelarut Kristalisasi Penentuan volume pelarut heksan sebagai pelarut kristalisasi dilakukan pada saat volume pelarut tertier-butanol terbaik telah ditentukan. Fraksinasi dan kristalisasi campuran M-DAG hasil sintesis dilakukan dengan penambahan pelarut heksan dengan volume 30 ml, 40 ml dan 50 ml dengan 2 kali ulangan. Ketiga perlakuan tersebut disimpan dalam refrigerator 7º C selama 24 jam kemudian dilakukan penyaringan dengan kertas Whatman no 42 dan dikeringkan hingga diperoleh berat konstan.
Optimasi Sintesis M-DAG Pada tahapan ini dicari kondisi optimum dengan proses batch, rancangan yang digunakan adalah Central Composite Design (CCD). Model permukaan tanggap (respon surface) digunakan untuk melihat pengaruh waktu reaksi, suhu reaksi dan volume pelarut tertier- butanol pada jumlah produk yang dihasilkan dan untuk mengoptimumkan kondisi proses dalam menghasilkan produk monodiasilgliserol. Rancangan percobaan yang akan dilakukan dapat dilihat pada Tabel 5, Tabel 6 dan Tabel 7. Indikator yang digunakan untuk melihat kondisi optimum adalah komposisi M-DAG dengan kromatografi lapis tipis (KLT) pada saat optimasi dan verifikasi kondisi optimum. Proses kristalisasi dilakukan terhadap produk akhir yang diperoleh dari tahap produksi yaitu dengan menambahkan pelarut heksan dan diaduk, kemudian dilakukan fraksinasi (dimasukkan dalam refrigerator) dan kemudian disaring.
34
Tabel 5 Perlakuan dan kode perlakuan pada penelitian Parameter Waktu (jam) Volume pelarut (ml) Suhu (o C)
-1.682 5 4 40
-1 6.65 6 44
0 14 9 50
+1 19.35 12 56
1.682 23 14 60
Tabel 6 Rancangan percobaan dengan pengkodean No
Suhu
Waktu
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
-1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1,682 1,682 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
-1 -1 1 1 -1 -1 1 1 0 0 -1.682 1.682 0 0 0 0 0 0 0 0
Volume pelarut tertier- butanol -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 0 0 0 0 -1.682 1.682 0 0 0 0 0 0
Sumber : Cochran dan Cox (1962) Rasio bahan baku yaitu rasio destilat asam lemak sawit: gliserol mengacu pada hasil penelitian sebelumnya (Pujiastuti 1998) yaitu 2:3 serta dicari pengaruh penggunaan dan tanpa penggunaan pelarut tertier butanol terhadap rendemen monodiasilgliserol yang dihasilkan. Proses sintesis monodiasilgliserol secara sederhana digambarkan dalam bentuk skema proses pada Gambar 6. Proses
reaksi
esterifikasi
sintesis
M-DAG
dilakukan
dengan
mencampurkan substrat (DALMS dan gliserol) berdasarkan rasio yang telah ditentukan yaitu 2:3. Campuran substrat dimasukkan dalam erlenmeyer kemudian ditambahkan
pelarut tertier butanol (untuk perlakuan dengan penambahan
pelarut) dan enzim kemudian dishaker pada waktu dan suhu yang telah
35
ditentukan. Setelah mencapai waktu yang ditentukan dilakukan pemisahan katalis dengan penyaringan.
DALMS: Gliserol (2:3) 1g
Penambahan pelarut tertierbutanol
Penambahan enzim lipase 4% (b/b) dari total substrat
Shaker 250rpm , 50o C, 5 jam
Pemisahan katalis dengan penyaringan
Pencucian dengan heksan 30 ml
Pengendapan di refrigerator 7o C, 24 jam
Penyaringan dengan Whatman 42
Produk M-DAG dikeringkan dan ditimbang
Penguapan di atas hotplate
Gambar 6 Skema sintesis M-DAG secara enzimatik dari DALMS (Modifikasi Pujiastuti 1998) Filtrat yang diperoleh diuapkan dan dilakukan pencucian dengan heksan untuk memisahkan gliserol, setelah itu dilakukan pengendapan dengan memasukkan ke dalam refrigerator selama 24 jam dan dilakukan penyaringan terhadap produk M-DAG dengan menggunakan kertas saring Whatman no 42 dan dikeringkan hingga diperoleh berat endapan yang stabil. Endapan hasil pengeringan disebut sebagai berat produk M-DAG. Rendemen dihitung berdasarkan perbandingan berat produk M-DAG yang diperoleh terhadap berat
36
M-DAG yang dihitung secara teoritis dikalikan 100% Contoh perhitungan berat produk M-DAG secara teoritis dapat dilihat pada Lampiran 9. Tabel 7 Setting perlakuan pada penelitian berdasarkan Central Composite Design No Perlakuan Suhu (o C) 44 1 56 2 44 3 56 4 44 5 56 6 44 7 56 8 40 9 60 10 50 11 50 12 50 13 50 14 50 15 50 16 50 17 50 18 50 19 50 20
Waktu (jam) 8.65 8.65 19.35 19.35 8.65 8.65 19.35 19.35 14 14 5 23 14 14 14 14 14 14 14 14
Volume pelarut tertier butanol (ml) 6 6 6 6 12 12 12 12 9 9 9 9 4 14 9 9 9 9 9 9
Karakterisasi Fisikokimia Mono-diasilgliserol a. Analisis Komposisi M-DAG Dengan Kromatografi Lapis Tipis (Modifikasi Gunstone et al. 1994) Sebanyak 100 mg produk campuran M-DAG dilarutkan dalam 0,1 ml kloroform. Sebanyak 1µl larutan diaplikasikan pada lempeng kromatografi lapis tipis (KLT) dalam bentuk spot bulat dengan jarak antar spot 2 cm. Lempeng KLT dielusi menggunakan campuran pelarut petroleum eter : dietil eter : asam asetat (70:30:0,2) glasial yang telah dijenuhkan sebelumnya. Setelah elusi dilakukan kurang lebih 1,5 jam lempeng dikeluarkan dari bejana pengembang dan dibiarkan beberapa menit sampai uap yang masih tertinggal hilang. Identifikasi yang dilakukan adalah dengan pewarnaan menggunakan larutan fluorescen seperti Rhodamine 6G atau 2,7- dichlorofluorescen yang
37
disemprotkan pada lempeng. Kemudian spot yang terbentuk dilihat dibawah sinar ultra violet pada panjang gelombang 256 nm. Spot yang telah terbentuk diberi tanda kemudian diplotkan pada kertas kalkir. Gambar spot digunting dengan hatihati kemudian ditimbang untuk mengetahui komposisi masing-masing fraksi.
b. Analisis Komposisi Gliserida M-DAG Dengan Kromatografi Gas (Modifikasi AOAC Official Method 993.18, 1995) Sampel ditimbang teliti kurang lebih 0,2 mg dimasukkan dalam vial kemudian ditambahkan 0,2 ml BSTFA [bis(trimethylsilil)trifluoro acetamide] dan 0,1 ml TMCS (trimethylchlorsilane) dan 0,1 ml larutan standart internal nTetradecana kemudian dikocok hati-hati dan dipanaskan pada suhu 70o C selama 30 menit setelah itu segera diinjeksikan ke kromatografi gas 1 µL. Dilakukan juga seperti diatas untuk 0,1 ml larutan referensinya (MAG dan DAG) pada kondisi operasi yang sama, peak yang muncul diidentifikasi dengan membandingkan waktu retensi dari referensi. Larutan referensi dibuat dengan menimbang 0,2 mg referensi dilarutkan dalam piridin menggunakan labu takar 10 ml. Kromatografi gas yang digunakan dilengkapi dengan split injeksi atau kolom injeksi dan FID dengan kondisi operasi sebagai berikut : suhu kolom awal 50o C dinaikkan menjadi 180o C dengan kenaikan 15o C/ menit kemudian dinaikkan lagi menjadi 230o C dengan kenaikan 7o C/ menit dan dinaikkan lagi menjadi 380o C dengan kenaikan 30o C/ menit kemudian ditahan 10 menit, suhu akhir 380o C, suhu detektor 390o C, suhu injektor 390o C, kecepatan gas pembawa 0,7 ml N2/menit, kecepatan aliran udara 450 ml/ menit dan volume injeksi 1µL.
c. Kadar Asam Lemak Bebas (AOAC Official Method 940.28. 1995) Kurang- lebih 5 gram sampel dilarutkan dalam 50 ml alkohol 95%, dipanaskan selama 10 menit dalam penangas air sambil diaduk, lalu ditambahkan 3-5 tetes indikator pp 1%. Kemudian dilakukan titrasi dengan larutan standart NaOH 0,1N hingga warna merah muda tetap. Asam lemak bebas dinyatakan sebagai persen asam lemak, dihitung sampai dua desimal dengan menggunakan rumus :
38
MxVxT Kadar ALB =
10 m
Keterangan : M = Bobot molekul asam lemak V = Volume NaOH dalam titrasi (ml) N = Normalitas NaOH m = Bobot sampel (gram).
d. Bilangan Iodin (AOAC Official Method 993.20. 1995) Kurang lebih 2 g sampel dimasukkan dalam beaker glass 500 ml yang sudah terdapat 20 ml CCl4. Tambahkan 25 ml larutan I2 kemudian disimpan ditempat gelap selama 30 menit pada suhu 25 oC. Tambahkan 20 ml larutan KI 15% dan 100 ml air mendidih yang sudah didinginkan. Lakukan titrasi dengan Na2S2O3
0.1N
sehingga
warna
berubah
dari
kuning
menjadi
tidak
berwarna.Kemudian tambahkan indikator pati dan titrasi dilanjutkan sampai terbentuk warna biru yang tidak hilang. Lakukan juga terhadap blangko. [ (B-S)xNx 12.69] Bilangan Iodin = Berat sampel Keterangan : B = volume titran dari blanko (ml) S = volume titran dari sampel (ml) N = normalitas larutan Na2S2O3
e. Titik Leleh (AOCS Method Cc 3-25. 1994) M-DAG dicairkan dan diisikan pada tabung kapiler (1mm i.d) setinggi 10 mm, kemudian didinginkan dalam freezer. Tabung dipanaskan perlahan-lahan pada gelas piala yang berisi air. Dilakukan pencatatan suhu ketika sampel mulai bergerak naik dan saat telah naik 4 cm dari semula. Titik leleh adalah rata-rata pembagian kedua pembacaan suhu tersebut.
39
Rancangan Penelitian Rancangan penelitian yang digunakan adalah Central Composite Design, model Respon Surface digunakan untuk melihat pengaruh perlakuan (volume pelarut, waktu reaksi dan suhu reaksi) terhadap produk M-DAG yang dihasilkan. Model umum rancangan yang digunakan adalah :
k
k
k-1,k 2
Y = βo + ∑ βiXi + ∑ βii Xi + ∑ i=1
i=1
β i,j XiXj + ε
i=1, j=2.
Keterangan : Y
= Respon pengamatan
βo
= Intersep
βi
= Koefisien linier
βii
= Koefisien kuadratik
βij
= Koefisien interaksi perlakuan
Xi
= Kode perlakuan untuk faktor ke i
Xj
= Kode perlakuan untuk faktor ke j
ε
= Jumlah faktor yang dicobakan (Cochran dan Cox 1962). Data yang diperoleh dianalisis menggunakan software SAS v6.12 dan
untuk memperoleh bentuk permukaan respon menggunakan software Surfer 32.
40
HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi Sifat Fisikokimia Bahan Baku Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah destilat asam lemak minyak sawit (DALMS) yang berasal dari Pusat Penelitian Kelapa Sawit . Analisis bahan baku destilat asam lemak minyak sawit (DALMS) dilakukan untuk mengetahui kadar asam lemak, bilangan iodin dan titik leleh bahan baku sebelum dilakukan esterifikasi. Nilai parameter tersebut perlu diketahui untuk melihat pengaruh esterifikasi terhadap nilai parameter tersebut. Hasil analisis bahan baku dapat dilihat pada Tabel 11. Bilangan asam adalah bilangan yang menunjukkan jumlah asam lemak bebas yang terkandung dalam lemak atau minyak yang biasanya dihubungkan dengan proses hidrolisis lemak atau minyak. Hidrolisis lemak atau minyak oleh air dengan katalis enzim atau panas pada ikatan ester triasilgliserol akan menghasilkan asam lemak bebas. Asam lemak bebas lebih mudah teroksidasi jika dibandingkan dalam bentuk esternya. Keberadaan asam lemak bebas ini biasanya dijadikan indikator awal terjadinya kerusakan minyak atau lemak. Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini memiliki kadar asam lemak bebas sebesar 87 %. Penentuan Volume Pelarut Pada Sintesis M-DAG Penentuan Pengaruh Pelarut Tertier Butanol Terhadap Reaksi Esterifikasi Dalam penelitian ini dipelajari pengaruh penambahan pelarut tertierbutanol terhadap campuran esterifikasi, apakah memberikan rendemen yang lebih baik dibandingkan tanpa menggunakan pelarut tertier- butanol dalam kondisi reaksi yang sama yaitu pada suhu 50o C selama 5 jam dan konsentrasi katalis 4 %(b/b). Rendon et al. (2001) menyatakan untuk memperkuat sintesis monogliserida selain dengan pendekatan stoikhiometri, yaitu mereaksikan gliserol dan trigliserida pada rasio konsentrasi yang tinggi dan melalui kesetimbangan termodinamika juga dapat diterapkan teknik rekayasa pelarut. Oleh karena itu dalam penelitian ini dipelajari pengaruh penggunaan pelarut dalam sintesis MDAG secara enzimatis, pelarut yang digunakan disini adalah pelarut yang dapat melarutkan bahan baku DALMS yaitu pelarut non polar dalam hal ini tertier-
41
butanol. Pemilihan pelarut tertier-butanol disini mengacu pada penelitian yang telah dilakukan oleh Yang dan Parkin (1994) didalam Mappiratu (1999) tentang gliserolisis minyak mentega yang optimum menggunakan pelarut tertier-butanol. Tertier-butanol memiliki rumus kimia (CH3)3COH, titik didih 81-83 oC, titik leleh 24-25 oC dengan tingkat kemurnian 99,5 %. Penambahan pelarut tertier-butanol menghasilkan persentase rendemen campuran M-DAG lebih besar dibandingkan tanpa penambahan pelarut tertierbutanol
yaitu
48 % tanpa menggunakan pelarut tertier-butanol dan
58 %
menggunakan pelarut tertier-butanol 14 ml. Menurut Rendon et al. (2001) hal ini terjadi karena pada reaksi tanpa menggunakan pelarut transfer massa yang terjadi akan lebih kecil akibat tingginya viskositas. Sedangkan pada reaksi yang menggunakan pelarut viskositas akan lebih rendah dan transfer massa lebih tinggi sehingga rendemen yang dihasilkan juga lebih tinggi. Data penentuan volume pelarut tertier- butanol dapat dilihat pada Lampiran 1.
Penentuan Volume Heksan Sebagai Pelarut Kristalisasi Menurut Stevenson et al. (1993) fraksinasi adalah suatu teknik untuk memisahkan triasilgliserol (TAG) menjadi beberapa fraksi berdasarkan berat molekul dan tingkat ketidakjenuhannya. Fraksinasi dilakukan dengan tujuan untuk menghilangkan komponen minor yang dapat merusak produk, memperkaya kandungan M-DAG yang diinginkan serta pemisahan menjadi beberapa fraksi yang bernilai lebih pada suatu minyak. Salah satu faktor yang sangat mempengaruhi keefektifan proses fraksinasi adalah penggunaan pelarut yang sesuai dengan karakteristik produk yang akan dipisahkan dan dikristalkan. Pelarut yang baik untuk fraksinasi M-DAG adalah pelarut yang bersifat non polar karena M-DAG adalah senyawa non polar, dalam hal ini digunakan heksan. Dasar pemilihan pelarut heksan mengacu pada laporan yang ditulis oleh Mappiratu (1999) yang menyatakan bahwa dalam biosintesis M-DAG rendemen tertinggi diperoleh dengan pelarut petroleum eter sebagai pelarut kristalisasi yaitu mencapai 29,40 % diikuti pelarut heksan dengan rendemen 28,35 % dan kemudian campuran heksan /dietileter dan terakhir pelarut dietil eter. Proses pembentukan endapan M-DAG dapat berlangsung pada suhu yang rendah karena
42
M-DAG akan mengalami pengkristalan dan mengendap pada suhu rendah sehingga dapat dipisahkan dari campuran larutannya (Stevenson 1993). TAG, DAG, MAG dan ALB pada suhu tinggi bercampur dengan pelarut, sedangkan pada suhu rendah fraksi M-DAG mengendap sehingga dapat dipisahkan dari pelarut dengan penyaringan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa volume heksan 30 ml memberikan hasil endapan paling tinggi yaitu 48 %, hal ini dikarenakan pada penggunaan heksan kurang dari 30 ml mengakibatkan tidak larutnya sebagian M-DAG yang terbentuk sehingga menurunkan rendemen M-DAG pada saat kristalisasi. Pada penggunaan pelarut heksan lebih dari 30 ml tidak menaikkan persentase rendemen hal ini kemungkinan karena M-DAG yang terbentuk sudah terlarut semua dalam 30 ml pelarut heksan sehingga dengan adanya penambahan volume heksan tidak menaikan persentase rendemen M-DAG pada saat kristalisasi.
Histogram hasil
kristalisasi produk M-DAG dapat dilihat pada Gambar 7 dan data selengkapnya disajikan pada Lampiran 2. Berdasarkan hasil penelitian tersebut, proses kristalisasi selanjutnya menggunakan pelarut heksan dengan volume 30 ml.
48 48 47,5 47 Rendemen 46,5 (%) 46
46
46
45,5 45 30
40
50
Volume heksan (ml)
Gambar 7 Histogram rendemen produk kristalisasi hasil sintesis M-DAG menggunakan pelarut heksan pada berbagai volume
Optimasi Sintesis M-DAG Tahap ini dilakukan dengan mengikuti rancangan Central Composite Design (CCD) dari response surface methodology yang memberikan persamaan multiple regression yang dapat menunjukkan pengaruh dari volume pelarut,
43
waktu, dan suhu reaksi terhadap setiap parameter yang diujikan (kadar DAG, MAG dan rendemen). Seluruh perlakuan terdiri dari 20 unit percobaan dimana setiap kondisi proses mengikuti rancangan penelitian seperti yang telah ditentukan sebelumnya pada metode penelitian dan setting perlakuannya dapat dilihat pada Tabel 5, 6 dan 7. Dari hasil analisis komposisi M-DAG menggunakan kromatografi lapis tipis seperti yang dapat dilihat pada Gambar 8 dan 9 dapat diketahui bahwa produk sintesis M-DAG memiliki kandungan TAG yang sangat kecil (trace), ini dapat diketahui dari spot pada lempeng KLT yang terlihat samar-samar. Hal ini sangat sejalan dengan hasil yang diinginkan pada penelitian ini yaitu menghasilkan produk M-DAG dengan kandungan TAG yang minimal.
DALMS DAG MAG MAG std 1
2 3
4
5
6
7
8
11
9 10
Gambar 8 Kromatogram KLT produk sintesis M-DAG pada perlakuan 1- 11 dalam Central Composite Design. Kromatografi lapis tipis (KLT) merupakan salah satu teknik pemisahan yang dapat memisahkan campuran minyak atau lemak yang memiliki perbedaan polaritas dalam sekali elusi. Jenis eluen dalam penelitian ini adalah campuran petroleum eter, dietil eter dan asam asetat glasial, dengan menggunakan eluen tersebut masing-masing fraksi dapat dipisahkan berdasarkan polaritasnya. Fraksi yang bersifat lebih non polar akan terelusi lebih dulu sedangkan fraksi yang bersifat lebih polar akan tertahan lebih lama oleh adsorben yang juga bersifat polar. Triasilgliserol (TAG) adalah fraksi yang bersifat lebih non polar dibandingkan fraksi lainnya (ALB, DAG, dan MAG) sehingga pada saat
44
pengembangan, TAG akan terelusi pada bagian atas lempeng KLT dan disusul berturut-turut DAG dan MAG seperti dapat dilihat pada Gambar 8 dan Gambar 9.
TAG
DAG
MAG
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Gambar 9 Kromatogram KLT produk sintesis M-DAG pada perlakuan 12-20 dalam Central Composite Design Hasil pengembangan elusi pada lempeng KLT (Gambar 8 dan Gambar 9) dicetak pada kertas kalkir kemudian cetakan pada kertas kalkir digunting menurut luasannya dan ditimbang untuk mengetahui jumlah fraksi MAG dan DAG. Hasil penimbangan ini dimasukkan dalam program RSM
yang akan menentukan
pengaruh dari suhu reaksi, pelarut dan waktu reaksi.
Nilai Rendemen Produk Sintesis M-DAG Besarnya rendemen merupakan salah satu variabel respon yang dijadikan parameter untuk menghasilkan produk M-DAG yang optimum. Pengaruh faktor suhu, waktu reaksi dan volume pelarut tertier-butanol terhadap rendemen MDAG yang dihasilkan dapat dianalisis dengan menggunakan Respon Surface Method (RSM). Dari hasil optimasi sintesis M-DAG dengan rancangan Central Composite Design pada Lampiran 3 dan dari hasil uji Respon surface Method menggunakan program SAS terhadap nilai parameter rendemen pada Lampiran 4 dapat dilihat bahwa dengan kenaikan suhu akan meningkatkan jumlah rendemen dan mencapai optimum pada suhu 54oC, volume pelarut tertier- butanol 11 ml dan waktu reaksi
45
14 jam dengan rendemen mencapai 58%. Hal ini dikarenakan semakin tinggi suhu akan meningkatkan energi aktivasi sehingga meningkatkan tumbukan yang terjadi antara substrat dan enzim dalam hal ini DALMS dan enzim lipase sehingga meningkatkan terbentuknya produk (rendemen) M-DAG sampai pada suhu tertentu yaitu suhu optimum. Setelah suhu optimum, kenaikan suhu justru menurunkan rendemen hal ini kemungkinan disebabkan oleh mulai turunnya aktivitas enzim atau pada suhu diatas suhu optimum reaksi justru berjalan sebaliknya, mengingat reaksi esterifikasi ini bersifat reversibel. Watanabe (2003) telah mempelajari pengaruh suhu reaksi terhadap sintesis 1,3 DAG melalui esterifikasi menggunakan lipase imobil Rhizomucor miehei dengan variasi suhu 30,40,50 dan 60o C, hasil yang diperoleh menunjukkan semakin tinggi suhu yang digunakan kecepatan reaksi esterifikasinya semakin tinggi. Rendemen reaksi esterifikasi juga ditentukan oleh waktu reaksi, karena reaksi esterifikasi merupakan reaksi kesetimbangan maka pada waktu tertentu reaksi dapat berjalan kearah sebaliknya. Pada daerah waktu tertentu pembentukan dan penguraian produk M-DAG berjalan seimbang sehingga rendemen yang diperoleh konstan, daerah waktu tersebut dinamakan waktu kesetimbangan. . Gambar 10 menunjukkan permukaan tanggap terhadap nilai rendemen dengan waktu reaksi 14 jam pada berbagai perlakuan volume pelarut dan suhu reaksi sintesis M-DAG Model persamaan untuk parameter rendemen berdasar hasil uji RSM adalah sebagai berikut : Y = -162,16 + 2,94 P + 2,68 W + 6,96 S – 0,77 P2 + 0,22 W P -0,16 W2 + 0,20 SP – 0,01 SW- 0,08 S2 Dimana P adalah volume pelarut, W adalah waktu reaksi dan S adalah suhu. Hasil analisis statistik menggunakan program SAS menunjukkan bahwa model respon surface untuk parameter rendemen memiliki nilai korelasi yang cukup tinggi yaitu r = 0,8591 ini berarti persamaan regresi untuk parameter rendemen dapat menjelaskan sekitar 85,91% total variabel bebas yang dipelajari (suhu reaksi, volume pelarut tertier-butanol dan waktu reaksi) terhadap variabel
46
tak bebas (rendemen) sehingga kondisi optimum untuk parameter rendemen dipilih sebagai kondisi optimum proses sintesis M-DAG secara enzimatis menggunakan lipase karena selain dapat menghasilkan rendemen sebesar 58 %, kondisi tersebut jika diterapkan pada model persamaan MAG akan menghasilkan produk M-DAG dengan kandungan MAG yang tinggi yaitu 96,6 % dan jika diterapkan pada persamaan untuk DAG akan menghasilkan DAG sebesar 17,29 %. Hal ini diperkuat dari hasil uji metode respon surface menggunakan program SAS pada Lampiran 4 yang menyatakan bahwa hasil pada kondisi optimum ini adalah maksimum.
Gambar 10 Permukaan tanggap terhadap nilai rendemen dengan waktu reaksi 14 jam pada berbagai perlakuan volume pelarut dan suhu reaksi sintesis M-DAG Fraksi MAG Produk Sintesis M-DAG Korelasi antara faktor volume pelarut tertier-butanol, suhu reaksi dan waktu reaksi mempengaruhi kandungan MAG dalam produk M-DAG. Dari data hasil penelitian dengan Central Composite Design pada Lampiran 3 dan dari hasil uji respon surface menggunakan program SAS terhadap kandungan MAG dalam produk M-DAG pada Lampiran 5 menunjukkan adanya peningkatan kandungan MAG dengan kenaikan volume pelarut tertier-butanol, suhu dan waktu reaksi dan mencapai optimum pada suhu 45oC, pelarut tertier- butanol 10 ml dan waktu reaksi 17 jam dengan kandungan MAG mencapai 81 %. Menurut Yang and Parkin (1994) di dalam Atmadja (2000) hasil maksimum produksi MAG dengan esterifikasi enzimatis mencapai sekitar 90 %
47
sedangkan dengan penggunaan katalis kimia hanya mencapai 60 %. Kandungan MAG dalam emulsifier komersial campuran M-DAG dapat bervariasi yaitu 40 %, 50 % dan 90 % tergantung proses produksinya (Zielinski 1997). Kandungan MAG tertinggi diperoleh dengan metode destilasi molekuler yaitu mencapai 95 % MAG, 3 % DAG, < 1,0 % gliserol bebas dan < 1,0 % asam lemak bebas (Gunstone et al.1994) Model persamaan untuk fraksi MAG berdasar uji RSM adalah sebagai berikut : Y = 117,29 – 24,76 P + 5,51 W + 1,72 S – 0,51 P2 + 0,65 WP – 0,06 W2 + 0,52 SP – 0,22 SW – 0,03 S2 Dimana P adalah volume pelarut, W adalah waktu reaksi dan S adalah suhu reaksi. Dari hasil analisis statistik menggunakan program SAS untuk parameter fraksi MAG pada Lampiran 5 memiliki nilai korelasi r = 0,8456 nilai tersebut menunjukkan bahwa pelarut tertier-butanol, suhu dan waktu reaksi mempengaruhi sekitar 84,56 % pada reaksi esterifikasi yang terjadi untuk menghasilkan MAG yang maksimal. Dari Gambar 11 dapat dilihat bahwa dengan waktu reaksi 17 jam dengan berbagai perlakuan volume pelarut dan suhu reaksi tidak ditemukan suatu titik maksimum, ini sesuai dengan data olahan dengan menggunakan program SAS pada Lampiran 5. Oleh sebab itu kondisi optimum untuk fraksi MAG ini (suhu reaksi 45º C, waktu reaksi 17 jam dan pelarut tertier-butanol 10 ml) tidak dipilih sebagai kondisi optimum proses sintesis M-DAG secara enzimatis menggunakan lipase karena meskipun dapat menghasilkan produk M-DAG dengan kandungan MAG yang cukup tinggi yaitu 81 %, dan jika kondisi optimum tersebut diterapkan pada persamaan untuk rendemen juga menghasilkan rendemen yang cukup tinggi yaitu 60,5 % serta jika diterapkan pada persamaan untuk DAG akan menghasilkan DAG sebesar 10,89 % hasil tersebut tidak didukung oleh hasil uji metode respon surface menggunakan program SAS pada Lampiran 5 yang menyatakan bahwa hasil pada kondisi optimum tersebut tidak maksimum
48
Gambar 11 Permukaan tanggap terhadap fraksi monoasilgliserol dengan waktu reaksi 17 jam pada berbagai volume pelarut dan suhu reaksi sintesis M-DAG Fraksi DAG Produk Sintesis M-DAG Korelasi antara volume pelarut tertier-butanol, suhu dan waktu reaksi juga mempengaruhi kandungan DAG dalam produk M-DAG yang dihasilkan dengan nilai korelasi r = 0,8093 nilai ini berarti bahwa volume pelarut tertier-butanol, suhu dan waktu reaksi mempengaruhi sekitar 80,93 % terhadap kandungan DAG dalam produk M-DAG yang dihasilkan. Model persamaan untuk parameter fraksi DAG berdasar uji statistik dengan program SAS pada Lampiran 6 adalah sebagai berikut: Y = - 43,60 + 17,35 P – 2,66 W – 0,33 S + 0,46 P2 – 0,52WP + 0,04 W2 – 0,40SP + 0,16 SW + 0,02 S2 Dimana P adalah volume pelarut, W adalah waktu reaksi dan S adalah suhu reaksi. Permukaan tanggap terhadap fraksi diasilgliserol dengan waktu reaksi 19 jam pada berbagai perlakuan volume pelarut dan suhu reaksi sintesis M-DAG dapat dilihat pada Gambar 12.
49
Gambar12 Permukaan tanggap terhadap fraksi diasilgliserol dengan waktu reaksi 19 jam pada berbagai perlakuan volume pelarut dan suhu reaksi sintesis M-DAG Dari data hasil optimasi
dengan Central Composite Design pada
Lampiran 3 dan dari analisis menggunakan metode respon surface (Lampiran 6) menunjukkan bahwa kandungan DAG dalam produk mencapai optimum pada reaksi sintesis M-DAG dengan menggunakan pelarut tertier-butanol 11 ml, suhu reaksi 43o C dan waktu reaksi 19 jam dengan kandungan DAG 18 %. Kondisi optimum disini tidak bisa dijadikan model karena akan memberikan nilai rendemen maupun kandungan MAG yang rendah jika diterapkan pada model persamaan untuk parameter tersebut.
Verifikasi Kondisi Optimum Verifikasi dilakukan untuk melihat konsistensi produk M-DAG yang diperoleh yaitu dengan melihat nilai Coefficient
of Varian (CV). Verifikasi
kondisi optimum dilakukan sebanyak empat kali ulangan terhadap kondisi optimum reaksi sintesis M-DAG untuk parameter rendemen (suhu 54º C, pelarut tertier- butanol 11 ml dan waktu reaksi 14 jam) (Tabel 9). Konsistensi dievaluasi berdasarkan nilai CV. CV didefinisikan sebagai rasio antara standart deviasi populasi dengan rata-rata populasi, digunakan untuk menunjukkan variabilitas relatif populasi terhadap rata-ratanya (Liu et al. 2006 di dalam Widarta 2008). Persentase CV dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
50
Standar deviasi CV =
x 100% Rata-rata
Kondisi optimum yang dipilih pada penelitian ini adalah kondisi reaksi sintesis M-DAG untuk parameter rendemen karena kondisi optimum untuk parameter rendemen ini jika diterapkan pada model persamaan untuk parameter MAG akan menghasilkan fraksi MAG yang cukup tinggi. Tabel 8 Rekapitulasi persamaan hasil analisa permukaan tanggap terhadap parameter rendemen, jumlah fraksi MAG dan DAG pada kondisi optimum sintesis Parameter Kondisi Persamaan optimum Rendemen 54º C, 11 ml Y = -162,16 + 2,94 P + 2,68 W + tert- butanol, 6,96 S – 0,77 P2 + 0,22 W P – 0,16W2 + 0,20SP– 0,0SW 14 jam -0,08 S2
r 0,8591
Kadar (%) 58
MAG
45º C, 10 ml Y = 117,29 – 24,76 P + 5,51 W + 0,8456 1,72 S – 0,51 P2 + 0,65 WP tert- butanol, 17 jam – 0,06W2 + 0,52 SP–0,22SW – 0,03 S2
81
DAG
43º C, 11 ml Y = - 43,60 + 17,35 P – 2,66 W – 0,33 S + 0,46 P2 – 0,52WP tert- butanol, 19 jam +0,04 W2– 0,40SP + 0,16SW + 0,02 S2
18
0,8093
Dari hasil verifikasi kondisi optimum yang dapat dilihat pada Tabel 9 dan hasil analisa dengan kromatografi lapis tipis dapat dilihat pada Gambar 13 menunjukkan bahwa nilai CV dari hasil verifikasi kondisi optimum yaitu 6,66 % untuk parameter rendemen dan 8,7 % untuk fraksi MAG .
51
DALMS DAG
MAG
Gambar 13 Profil kromatogram KLT produk M-DAG hasil verifikasi Gomez dan Gomez (1984) di dalam Patel et al.(2001) melaporkan bahwa CV sangat bervariasi tergantung pada jenis percobaan dan karakter yang diukur, lebih lanjut dikatakan bahwa kisaran CV yang dapat diterima adalah 15 % untuk berbagai percobaan. Hasil perhitungan pada Tabel 9 menunjukkan bahwa nilai CV yang diperoleh relatif kecil (<15 %) untuk parameter rendemen dan fraksi MAG, ini berarti bahwa produk M-DAG yang dihasilkan dengan kondisi optimum proses yang dipilih (suhu 54º C, volume pelarut tertier butanol 11 ml dan waktu 14 jam) terbukti cukup konsisten untuk parameter rendemen dan kandungan fraksi MAGnya, namun demikian tidak untuk kandungan DAGnya karena dari Tabel 9 dapat dilihat bahwa fraksi DAG memiliki nilai CV yang tinggi (>15 %). Dari hasil analisis dengan program SAS untuk parameter fraksi DAG pada Lampiran 6 dapat diketahui bahwa volume pelarut tertier-butanol, suhu dan waktu reaksi hanya mempengaruhi sebesar 80,93 % terhadap kandungan DAG dalam produk M-DAG yang artinya ada faktor lain yang mempengaruhi kandungan DAG dalam produk M-DAG selain kondisi proses yang telah dipilih disini. Menurut Gupta (1996) komposisi gliserida dalam produk M-DAG dipengaruhi oleh banyak faktor antara lain rasio substrat, tipe dan konsentrasi katalis, dan derajat pencampuran, sehingga jika diinginkan produk M-DAG dengan kandungan fraksi DAG yang lebih baik konsistensinya sebaiknya dilakukan pengkajian ulang terhadap faktor-faktor di atas.
52
Dari uraian diatas dapat dikatakan bahwa kondisi optimum yang dipilih disini dapat digunakan untuk mensintesis produk M-DAG yang optimum baik jumlah rendemennya maupun kandungan MAGnya sesuai dengan hipotesa penelitian ini. Dari Tabel 9 dapat dilihat meskipun terdapat perbedaan antara hasil perhitungan
fraksi MAG dan fraksi DAG
menggunakan model dan
hasil
verifikasi, perbedaan tersebut masih dapat diterima karena nilai CV nya masih dibawah 15 % selain itu produk M-DAG yang dihasilkan dengan kondisi optimum terpilih relatif lebih baik dibanding hasil penelitian terdahulu dimana jumlah rendemen terbesar hanya mencapai 42,47 % dengan kandungan MAG 22,21 % dan DAG 41,38 % (Christina 2000) dan jumlah rendemen 32 % dengan kandungan MAG mencapai 75,9 % dan DAG 13,04 % (Kitu 2000). Jumlah rendemen yang diperoleh dengan kondisi optimum terpilih disini adalah 51,66 % dengan kandungan MAG mencapai 78,31% dan DAG 21,69%, sehingga dapat dikatakan bahwa produk M-DAG hasil sintesis dengan kondisi optimum terpilih cukup bagus karena M-DAG dengan kandungan MAG makin tinggi akan memiliki sifat fungsional yang lebih baik demikian juga nilai ekonominya. Menurut Day dan Underwood (1990) kesalahan atau penyimpangan dalam suatu analisis dapat disebabkan oleh beberapa hal yaitu kesalahan metodik, operatif dan instrumental. Kesalahan metodik adalah kesalahan yang disebabkan oleh cara analisis yang menyangkut sifat dari sistem kimia yang dianalisis, kesalahan operatif adalah kesalahan yang disebabkan oleh ketidakmampuan pelaksana eksperimen dan kesalahan instrumental adalah kesalahan yang disebabkan oleh kegagalan alat pengukur untuk bekerja sesuai dengan standar yang diperlukan. Seringkali sumber kesalahan dalam suatu analisis lebih dari satu. Besarnya penyimpangan antara perhitungan dengan model dan
hasil
verifikasi untuk fraksi MAG dan fraksi DAG dalam penelitian ini kemungkinan disebabkan oleh kesalahan metodik yang menyangkut cara analisa menggunakan kromatografi lapis tipis terhadap produk M-DAG dimana pada saat produk MAG sudah konsisten pada kondisi reaksi terpilih ternyata produk DAG belum konsisten.
53
Tabel 9 Data hasil verifikasi kondisi optimum sintesis M-DAG No
Rendemen (%)
MAG (%)
DAG (%)
1
51,94
81,42
18,58
2
50,00
87,96
12,04
3
57,02
73,18
26,82
4
47,68
70,67
29,33
Rata-rata
51,66
78,31
21,69
SD
3,44
6,85
6,85
CV(%)
6,66
8,70
31,60
Hasil perhitungan 58,0 dengan model Penyimpangan 10,34
96,66
17,29
18,93
25,40
(%)
Karakterisasi Sifat Fisikokimia Produk M-DAG Karakterisasi produk dilakukan untuk mengetahui sifat fisik serta kimia dari M-DAG yang dihasilkan dari optimasi dengan nilai rendemen yang cukup. Karakterisasi produk meliputi analisis komposisi gliserida dengan kromatografi Gas (GC), titik leleh, kadar asam lemak bebas (ALB ) dan bilangan iodin.
Komposisi Gliserida dengan Kromatografi Gas (GC) Karakterisasi komposisi gliserida terhadap produk M-DAG hasil sintesis pada kondisi optimum terpilih menggunakan kromatografi gas dapat dilihat pada Gambar 14 dan Tabel 10. Dari Tabel 10 dapat dilihat bahwa komposisi M-DAG hasil sintesis pada kondisi reaksi terpilih ( waktu reaksi 14 jam, suhu reaksi 54o C dan volume pelarut tertier butanol 11 ml) terdiri dari 78,34 % MAG, 2,52 % DAG dan 19,14 % gliserol. Komposisi produk M-DAG disini berbeda dengan hasil verifikasi untuk fraksi DAG dan gliserol yang mana dari hasil verifikasi menggunakan kromatografi lapis tipis fraksi gliserol tidak terdeteksi hal ini diduga gliserol tidak dapat bereaksi dengan 2,7- dichlorrrofluorescen yang dipergunakan dalam proses pewarnaan lempeng KLT setelah dilakukan elusi, sehingga pada saat dilihat
54
dibawah sinar ultra violet pada panjang gelombang 256 nm spot fraksi gliserol tidak dapat diamati..
Gambar 14 Profil kromatogram kromatografi gas produk M-DAG hasil sintesis dengan kondisi optimum terpilih. Tabel 10 Hasil analisa kuantitatif produk M-DAG hasil sintesis dengan kondisi optimum terpilih dengan kromatografi gas Peak
Ret Time
Area
Area
Total
(min)
(pA*s)
(%)
(%)
1
3.580
170.94304
5.01579
19.1447
Gliserol
2
3.724
163.85092
4.80769
3
4.547
317.67474
9.32117
4
15.165
76.60065
2.24761
78.3393
MAG
5
15.904
1240.10059
36.38686
6
16.270
1053.82886
30.92130
7
17.043
74.39475
2.18288
8
17.189
91.38203
2.68132
9
17.247
58.12147
1.70539
10
17.377
75.45435
2.21397
11
20.440
85.74895
2.51603
2.5160
DAG
Total
100.00
Komponen
55
Dari hasil karakterisasi komposisi gliserida terhadap produk M-DAG hasil sintesis pada kondisi optimum terpilih menggunakan kromatografi gas seperti dapat dilihat pada Gambar 14, produk M-DAG diduga sebagian besar terdiri dari gliserol monopalmitat mencapai 36,39 % dan gliserol monooleat mencapai 30,92 % hal sesuai dengan bahan baku DALMS yang dipergunakan dimana kandungan asam lemaknya sebagian besar terdiri dari asam palmitat dan asam oleat.
Titik Leleh Titik leleh merupakan salah satu sifat fisik yang penting dari emulsifier, terutama dalam kaitan penerapannya pada suatu produk. Titik leleh adalah suhu pada saat suatu bahan berubah menjadi cair sempurna. Sama halnya dengan minyak dan lemak, emulsifier M-DAG tidak meleleh dengan tepat pada suatu nilai suhu tertentu sehingga pengukuran titik lelehnya dilakukan dengan menetapkan kisaran suhu ketika emulsifier mulai melunak hingga cair dengan sempurna. Titik leleh M-DAG dipengaruhi oleh beberapa hal yaitu sifat asam lemak penyusun dan bentuk kristalnya. Gaya tarik antar asam lemak yang berdekatan ditentukan oleh panjang rantai karbon, jumlah ikatan rangkap dan bentuk isomer cis atau trans pada asam lemak tidak jenuh. Semakin banyak ikatan rangkap dalam suatu suatu asam lemak maka titik lelehnya semakin rendah karena ikatan menyebabkan struktur asam lemak tidak stabil. Asam lemak rantai panjang memiliki titik leleh yang tinggi dibandingkan asam lemak rantai pendek, semakin panjang rantai karbon maka titik lelehnya semakin tinggi (Winarno 2002). Hasil karakterisasi terhadap titik leleh menunjukkan bahwa produk MDAG memiliki kisaran titik leleh 57oC- 62,5oC, titik leleh produk M-DAG ini berada dibawah titik leleh M-DAG komersial yaitu 60oC-64,5oC hal ini disebabkan M-DAG komersial telah mengalami pemurnian sehingga mayoritas terdiri dari monoasilgliserol (MAG) yang mempunyai titik leleh diatas diasilgliserol (DAG) dan triasilgliserol (TAG) dikarenakan MAG memiliki 2 ikatan hidrogen dan DAG memiliki 1 ikatan hidrogen yang tidak dimiliki oleh TAG (Gunstone et al. 1994), sedangkan M-DAG produk masih berupa campuran
56
yang terdiri dari berbagai komponen seperti MAG, DAG, TAG dan gliserol yang bisa menurunkan titik lelehnya.
Kadar Asam Lemak Bebas (ALB) Dalam penelitian ini selain terjadi reaksi esterifikasi untuk menghasilkan MAG dan DAG juga terjadi reaksi sebaliknya yaitu reaksi hidrolisis yang menghasilkan asam lemak bebas. Reaksi hidrolisis dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti jumlah enzim dan substrat pada daerah interfase, waktu reaksi, suhu reaksi, jenis substrat, rasio air terhadap minyak dan ada tidaknya aktivator ( Kosugi et al. 1988; Wang et al. 1988; Fu et al. 1995). Kadar asam lemak bebas yang terdapat didalam produk diharapkan sekecil mungkin karena hal ini berhubungan dengan kualitas produk. Kadar asam lemak bebas yang tinggi dalam produk M-DAG kurang menguntungkan karena pertama hal tersebut akan menyebabkan rendahnya daya emulsifikasi produk karena jika kandungan asam lemak bebasnya tinggi berarti kandungan M-DAG dalam produk berkurang, dengan demikian dalam aplikasinya diperlukan emulsifier dengan konsentrasi lebih tinggi untuk mencapai daya emulsifikasi yang optimum. Selain itu asam lemak bebas bersifat sangat mudah rusak terutama oleh oksidasi dan memungkinkan timbulnya bau yang tidak enak off odor sehingga bisa mengurangi penerimaan produk ditingkat konsumen (Atmadja 2000). Menurut Sjurnes et al. (1995) migrasi asil yang mudah terjadi pada reaksi hidrolisis dapat diminimalkan antara lain dengan pengaturan waktu reaksi dan jumlah enzim. Semakin lama waktu reaksi maka kemungkinan terjadi migrasi asil juga semakin besar. Produk M-DAG hasil sintesis dengan kondisi optimum terpilih memiliki kadar asam lemak bebas sebesar 0,75% jauh lebih kecil dari kadar asam lemak bebas bahan baku DALMS (87%) dan lebih besar dari kadar asam lemak bebas M-DAG komersial yaitu 0,44. Namun demikian meskipun kadar asam lemak bebas produk M-DAG hasil sintesis dengan kondisi optimum terpilih disini lebih besar dari kadar asam lemak bebas M-DAG komersial, kadar tersebut jauh lebih kecil dibandingkan kadar asam lemak bebas M-DAG produk sintesis peneliti terdahulu yang menggunakan bahan baku yang sama yaitu 14,14% (Pujiastuti
57
1998), 35,28% (Christina 2000), 10,51% (Kitu 2000) dan 6,65% (Lukita 2000). Dari Tabel 11 dapat dilihat perbandingan karakter fisikokimia bahan baku (DALMS), produk M-DAG dan M-DAG komersial.
Bilangan Iodin Bilangan Iodin dinyatakan sebagai jumlah gram Iodin yang diserap oleh 100 gram minyak atau lemak. Bilangan Iodin ini menyatakan derajat ketidakjenuhan dari minyak atau lemak dan dapat juga digunakan untuk menentukan jenis emulsifaier berdasar bentuk fisik dan kegunaannya. Bilangan iodin juga menyatakan banyaknya ikatan tidak jenuh pada asam lemak yang menyusun suatu emulsifaier, sehingga gliserida dengan tingkat ketidakjenuhan yang tinggi akan memiliki bilangan iodin yang besar karena semakin banyak ikatan rangkap yang dapat mengikat iodin. Tabel 11 Karakter fisikokimia bahan baku (DALMS), produk M-DAG dan MDAG komersial Parameter
Bahan baku
Produk M-DAG
(DALMS)
M-DAG komersial
Titik leleh (o C) 49,5-50,5
57-62,5
60-64,5
Kadar ALB (%)
87
0,75
0,44
Bilangan iodin
58,06
16,67
7,57
Penentuan bilangan iodin dalam penelitian ini menggunakan metode Wijs, M-DAG produk dalam penelitian ini memiliki bilangan iodin sebesar 16,66 sementara bilangan Iodin dari M-DAG komersial yang digunakan sebagai standar adalah 7,57. Besarnya bilangan iodin dari M-DAG produk dibanding M-DAG komersial menunjukkan bahwa M-DAG produk mengandung lebih banyak asam lemak tidak jenuh hal ini kemungkinan disebabkan oleh bahan baku DALMS yang kandungan terbesarnya berupa asam palmitat dan asam oleat. Dari Tabel 11 dapat dilihat kecenderungan penurunan bilangan iodin setelah bahan baku destilat asam lemak minyak sawit mengalami esterifikasi berubah menjadi M-DAG dibandingkan dengan bilangan iodin MAG komersial.
58
Triasilgliserol (TAG) yang telah berubah menjadi M-DAG akan mengalami perubahan pada karakteristik fisiknya. Bentuk fisik ini ditentukan oleh jenis asam lemak penyusunnya semakin banyak asam lemak yang mengandung ikatan rangkap atau semakin tidak jenuhnya asam lemak penyusunnya, maka bentuk emulsifier akan semakin lunak dan bilangan iodinnya semakin besar.
59
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Sintesis monodiasilgliserol (M-DAG) dari destilat asam lemak minyak sawit (DALMS) melalui esterifikasi enzimatis dapat dilakukan dengan menggunakan pelarut maupun tidak, penggunaan pelarut tertier-butanol dalam penelitian ini memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan tanpa menggunakan pelarut tertier-butanol. Hasil penelitian menunjukkan rendemen M-DAG dengan mengunakan pelarut tertier-butanol adalah 58 % dan tanpa menggunakan pelarut tertier- butanol 48 %. Kondisi optimum proses yang digunakan merupakan kondisi optimum reaksi sintesis M-DAG untuk parameter rendemen yaitu suhu reaksi 54º C, waktu reaksi 14 jam dan volume pelarut tertier butanol 11 ml. Kondisi sintesis ini dipilih karena selain dapat menghasilkan rendemen M-DAG yang maksimal yaitu 58 %, jika kondisi reaksi tersebut diterapkan pada model persamaan untuk parameter MAG akan menghasilkan produk M-DAG dengan kandungan MAG yang tinggi yaitu 96,6 %. Dari analisis data menggunakan metode respon surface dan program SAS model persamaan untuk parameter rendemen memiliki hasil yang berbeda nyata p = 0,0449<1 dengan nilai koefisien korelasi cukup tinggi yaitu r = 0,8591. Kondisi optimum untuk parameter rendemen (suhu 54o C, pelarut tertier- butanol 11 ml dan waktu reaksi 14 jam) sudah dilakukan verifikasi dengan empat kali ulangan dengan dengan nilai rendemen mencapai 51,66 % dengan kandungan MAG 78,31 % dan kandungan DAG 21,69 % serta nilai coefisien of varian sebesar 6,66 % untuk parameter rendemen, 8,70 % untuk fraksi MAG dan 31,60 % untuk fraksi DAG. Dari hasil karakterisasi sifat fisikokimia produk M-DAG hasil sintesis menggunakan kondisi optimum terpilih memiliki titik leleh 57o C- 62,5o C, titik leleh ini lebih tinggi dari bahan baku DALMS (49,5º C- 50,5º C) yang digunakan dan lebih rendah dibanding M-DAG komersial (60o C- 64o C). Asam lemak bebas yang terkandung dalam produk M-DAG lebih rendah dari asam lemak bebas yang terkandung dalam bahan baku DALMS dan lebih tinggi yaitu 0,7486 % dibanding asam lemak bebas M-DAG komersial yaitu 0,44 %. Bilangan iodin pada M-DAG
60
produk lebih rendah dibanding bilangan iodin bahan baku DALMS dan lebih tinggi yaitu 16,7 dibanding bilangan iodin M-DAG komersial yaitu 7,57.
Saran Perlu dilakukan analisa lanjutan untuk mengetahui komposisi asam lemak dari produk M-DAG sehingga dapat dijadikan acuan untuk produk turunan selanjutnya. Meminimalisasi penggunaan pelarut heksan dalam proses fraksinasi, karena dalam penelitian ini penggunaan heksan cukup besar, hal ini dari segi biaya sangat tidak menguntungkan sehingga perlu dicari metode pencucian yang lain.
61
DAFTAR PUSTAKA Anonim . 2006. http://en.wikipedia.org/wiki (3/13/2008) Artz WE. 1990. Emulsifiers Di dalam Food Additives. Brannen AL, Brannen PM, Salminen S(eds). Marcel Dekker, Inc. New York. Atmaja AAAMRDA. 2000. Studi pemurnian dan karakterisasi emulsifaier campuran mono dan diasilgliserol yang diproduksi dari distilat asam lemak minyak sawit dengan teknik esterifikasi enzimatis menggunakan lipase Rhizomucor miehei (skripsi). Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. AOAC Official Method 993.18 . 1995. Mono and Diglycerides in Fat and Oils Gas Chromatographic Method. AOAC Official Method 940.28. 1995. Free Fatty Acid in Fat and Oils Titration Method. AOAC Official Method 993.20 1995. Iodin Value Titration Method.. AOCS. Official Method Cc 3-25. 1994. Melting Point Fat and Oils Capiler Method Babali B, Aksoy HA, Tuter M, Unstun G, 2001. Enzymatic esterification of menthol with fatty acids in solvent by a commercial lipase from Candida rugosa. J. Am. Oil Chem. Soc. 78 : 53-56 Bastida A . 1998. A single step purification, immobilization, and hiperactivation of lipases via interfacial adsorption on strongly hidropobhic support. J. Biotehcnol Bioeng 58:486-493. Berger M, Schneider MP. 1992. Enzymatic esterification of glycerol II lipasecatalyzed synthesis of regioisomerically pure 1(3)-rac-monoacylglycerols. J. Am. Oil Chem. Soc. 69(10) : 961-965. Bhosle BM, Subramanian R.2004. New Approaches in Deacidification of Edible Oil- a Reviev. J. of Food Engineering. India: Departemen of Food Engineering.. Central Food Technological Research Institute. Bornscheuer, U.T. 1995. Lipase-catalyzed Syntheses of Monoacylglycerols. Enzyme and Microbial Technology. Vol 17, July: 578-586. Bos M, Nylander T, Arnabrant T, Clark DC . 1997. Protein / Emulsifier Interactions. Di dalam. Hassenhuettl GL dan Hartel RW (eds). Food Emulsifiers and Their Applications. Chapman and Hall. New York.
62
Brockman HL. Lipases. 1984. Elsevier. Oxford. Christina D. 2000. Karakterisasi dan aplikasi emulsifaier campuran mono dan diasilgliserol dari distilat asam lemak minyak sawit [skripsi]. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian , Institut Pertanian Bogor. Cochran WG, Cox. GM. 1962. Experimental Designs. John Wiley & Son,Inc. Tokyo. Day RA Jr, Underwood AL. 1990. Analisa Kimia Kuantitatif. Erlangga. Jakarta. Ditjen Perkebunan. 2007. Gelar Teknologi Industri Kelapa Sawit. Jakarta : Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT) Djatmiko B dan Wijaya P. 1985. Teknologi Minyak dan Lemak I. Bogor Agroindustri Press, Fateta, IPB. Dziezak J D. 1988. Emulsifiers : The interfacial key to emulsion stability. Journal of Food Technology, 41(5).. Elizabeth dan Boyle. 1997. Monoglycerides in food system : Current and future uses. Food Technology, 51(8.). Fischer W. 1998. Production of High Concentrated Monoglyceride. Lecture given on occasion of the DGF-symposium in Magdeburg / Germany. Fu X, Zhu X, Ghao K, Dhuan J. 1995. Oil and Fat hydrolisis with lipase from Aspergillus sp. J. Am. Oil Chem. Soc. 72(5): 1275-1279. Garcia HS, Yang B, Parkin KL. 1996 Continuous reactor for enzymatic glycerolysis of butter oil in the absence of solvent. Food Research International 8(6): 605-609. Gapor A, Top MD, Sundram K. 1992. Vitamin E from Palm oil : Its Exstraction and Nutritional Properties. Elsevier Science Publisher Ltd. Lipid Technology. Gunstone, Frank D, Harwood JL and Padley FB.1994. The Lipid Handbook. Chapman and Hall. London. Gupta RKK, James, dan Smith FJ. 1996. Sucrose esters and sucrose ester glyceride blends as emulsifiers. J. Am. Oil Chem. Soc. 60:862-869. Harnanik S. 2005. Studi penggunaan lipase Aspergillus sp dan Mucor javanicus M 26 II/2 untuk menghasilkan monodiasilgliserol [thesis]. Bogor. Program Studi Ilmu Pangan. Sekolah Pascasarjana. Institut Pertanian Bogor.
63
Hassenhuettl GL. 1997. Overview of Food Emulsifiers. Di dalam Hassenhuettl GL, Hartel RW (eds). Food Emulsifiers and Their Applications. Chapman and Hall, New York. Hui YH. 1996. Bailey’s Industrial Oil and Fat Products. Volume 3. John Wiley & Son , Inc. Singapore. Igoe RS, Hui YH. 1996. Dictionary of Food Ingredients 3rd ed. Chapman & Hall. New York. Irimescu R, Furihata K, Hata K, Iwasaki Y, Yamane T. 2001. Two step enzymatic synthesis of docosahexaenoic acid-rich symmetrically structured triacylglycerol via 2- Monoacylglycerols. J. Am. Oil Chem. Soc.78: 743748. Jensen RG, Galluzo DR, Bush VJ. 1990. Selectivity is an important characteristic of lipase (acylglycerol hydrolase). Biocatalysis 3: 307-316. Kamel BS. 1991. Emulsifier. Di dalam Smith J (ed). Food Additive User’s Handbook. Blackie Akademic & Profesional. Glasgow. Ketaren S. 2005. Minyak dan Lemak Pangan. Jakarta : Universitas Indonesia Press. Kitu NE. 2000. Sintesis mono dan diasilgliserol dari destilat asam lemak minyak kelapa melalui esterifikasi dengan katalisis lipase Rhizomucor miehei [skripsi]. Bogor : Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Kosugi, Suzuki, Funada.1988. Hydrolisis of beef tallow. J. Biotech Bioeng 31: 350-356. Krog NJ. 1990. Food Emulsifier and Their Chemical and Physical Properties. Di dalam Larson K, Fribeg SF (eds) Food Emulsions. Marcel Dekker. New York. Linko YY, Lamsa M, Huhtala A, Rantanen O. 1995. Lipase biocatalysis in the production of esters. J. Am. Oil Chem. Soc.72(11): 1293-1299 Lukita W.2000. Pemurnian, karakterisasi dan aplikasi mono-dan diasilgliserol yang diproduksi dari destilat asam lemak minyak kelapa melalui teknik esterifikasi dengan katalis lipase Rhizomucor miehei [skripsi] . Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Mappiratu.1999. Penggunaan biokatalis dedak padi dalam biosintesis antimikroba monoasilgliserol dari minyak kelapa [disertasi]. Bogor: Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.
64
Mc Neill GP, Sonnet PE. 1995. Low calorie synthesis by lipase catalyzed esterification of monoglycerides. J. Am. Oil Chem. Soc.72 (11): 1301-1307. Muchtadi D, Sri Palupi N, Astawan M. 1992. Enzim dalam Industri Pangan. PAU Pangan dan Gizi. Institut Pertanian Bogor. Nurcahyo, Hariyadi P, Budijanto S. 2001. Studi kinetika konversi distilat asam lemak kelapa menjadi pengemulsi menggunakan enzim lipase Rhizomucor miehei (makalah seminar), Bogor: Program Pasca Sarjana, Institut Pertanian Bogor. O’Brien RD. 1998. Fat and Oil : Formulating and Processing for Application. Technomic Publishing Company, Inc. Patel JK, Patel NM, Shiyani RL. 2001. Coefficient of variation in field experiment and yardstick thereof- An empirical study 81(9): 1163-1164. Pujiastuti N. 1998. Mempelajari produksi emulsifair campuran monodiasilgliserol dari distilat asam lemak minyak sawit menggunakan lipase Rhizomucor miehei [skripsi]. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Quinlan P and Moore S. 1993. Modification of triglycerides by lipases process technology and its application to the production of nutrionally improved fats. J. Am. Oil Chem. Soc.4: 580-585. Rendon X, Lopez-Munguia A, Castillo E. 2001. Solvent engineering applied to lipase –catalyzed glycerolysis of triolein. J. Am.Oil. Chem. Soc. 78(10):1061-1065. Satiawiharja B, Mappiratu, Herman. 1999. Penggunaan lipase dedak padi dan lypozime dalam biohidrolisis olein minyak sawit dan interesterifikasi enzimatik untuk menghasilkan bahan baku Cocoa Butter Equivalent. Prosiding seminar nasional teknologi pangan PATPI. 494-507. Siswanto H. 2000. Mempelajari Proses Produksi dan Pengendalian Mutu Pengolahan Minyak Goreng di PT Smart Corporation Surabaya [skripsi]. Bogor : Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Sjurnes BJ, Kvittingen L, Anthosen T. 1995. Regioselective lipase-catalyzed transesterification of tributirin. Influence of salt hydrates on acyl migration. J. Am. Oil Chem. Soc. 72: 533-537. Stevenson DE, Roger AS, dan Richard HF. 1993. Glycerolisis of Tallow with Immobilized Lipase. Biotechnology Vol 15(10); 1043-1048.
65
Van Camp J, Huyghebaert A, Goeman P. 1998. Enzymatic synthesis of structured modified fats. Di dalam Christope AB (ed). Structural Modified Food Fats : Synthesis Biochemistry and Use. AOCS Press Champaighn Illinois : 21-42 Wang YJ, Sheu JY, Wang FF, Shaw JF.1988. Lipase-catalyzed oil hydrolysis in the absence of added emulsifier. J. Biotech and Bioeng. 31:628-633. Watanabe Y. 2002. Synthesis of MAG of LA with Penicillium camembertii lipase. J. Am. Oil Chem. Soc.70: 891-896. Watanabe T . 2003. Optimization of reaction conditions for the production of DAG using immobilllized 1,3-regiospecific lipase lipozyme RM IM. J. Am. Oil Chem. Soc. 80: 1201-1207. Widarta I W R. 2008. Kendali Proses Deasidifikasi dalam Pemurnian Minyak Sawit Merah Skala Pilot Plant [tesis]. Bogor : Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Winarno FG. 1999. Enzim pangan . Gramedia Pustaka. Jakarta Winarno FG. 2002. Kimia Pangan. Gramedia Pustaka. Jakarta Xu Y, Wang D, Mu XQ, Ni XQ. 2003. Efficient esterification of sorbitan oleat by lipase I n a solvent-free system. J. Am. Oil Chem. Soc. 80(7): 647-651. Zielinski RJ. 1997. Synthesis and Composition of Food Grade Emulsifiers Di dalam Hassenhuettl GL, Hartel RW( eds). Food Emulsifiers and Their Applications. Chapman and Hall, New York.
66
LAMPIRAN
67
Lampiran 1 Rendemen produk sintesis M-DAG pada berbagai waktu reaksi dan volume pelarut tertier-butanol Waktu DALMS (Jam) (gram)
Gliserol (gram)
Enzim (gram)
endapan (gram)
teoritis (gram)
Rendemen (%)
0,0420
tertbutanol (ml) 9
5
0,4159
0,6008
0,2795
0,5361
52,1358
5
0,4098
0,6381
0,0401
14
0,3078
0,5283
58,2624
5
0,4206
0,6155
0,0414
19
0,2781
0,5422
51,2910
5
0,4142
0,6071
0,0409
28
0,2496
0,5339
46,7503
5
0,4130
0,6175
0,0403
0
0,2532
0,5324
47,5588
68
Lampiran 2 Rendemen produk kristalisasi menggunakan pelarut heksan pada berbagai volume DALMS Gliserol (g) (g)
Enzim (g)
Heksan (ml)
Waktu (jam)
Rendemen (%)
0,0464
30
5
47,9314
0,4163
0,6845
Tertbutanol (ml) 14
0,4164
0,6847
14
0,0465
30
5
48,3224
0,4108
0,6049
14
0,0451
40
5
45,3722
0,4023
0,6079
14
0,0430
40
5
46,7611
0,4023
0,6100
14
0,0453
50
5
46,4325
0,4096
0,6324
14
0,0426
50
5
45,9323
69
Lampiran 3 Hasil optimasi sintesis M-DAG dengan rancangan Central Composite Design
70
Lampiran 4 Hasil uji metode permukaan tanggap untuk parameter rendemen dengan menggunakan software SAS v 6.12 Coding Coefficients for the Independent Variables Factor
Subtracted off
Divided by
Pelarut
9.000000
5.000000
Waktu
14.000000
9.000000
Suhu
50.000000
10.000000
Respon Surface for Variable Rendemen Respon Mean
46.384560
Root MSE
7.805060
R- Square
0.7381
Coef. Of Variation Regression
16.8268
Degrees of
Type I Sum of R- Square
Freedom
Square
F- Ratio
Prob>F
Linear
3
573.110057
0.2463
3.136
0.0741
Quadratic
3
943.946830
0.4057
5.165
0.0206
Crossproduct
3
200.204972
0.0861
1.095
0.3955
Total
9
1717.261859
0.7381
3.132
0.0449
Regress
Residual
Degrees of Freedom
Sum of Squares
Mean Square
Total
10
609.189560
60.918956
Error
71
Lampiran 4 Lanjutan Parameter
Degrees
Parameter
Standart
T for
Prob>
Parameter
of
Estimate
Error
H0
T
Estimate from
Freedom
parame
Coded Data
ter=0 Intercept
1
-162.156603
176.323284
-0.920
0.3794
56.172085
Pelarut
1
2.941552
9.079266
0.324
0.7526
9.939649
Waktu
1
2.682600
5.006138
0.536
0.6038
-3.567082
Suhu
1
6.959552
6.083532
1.144
0.2793
2.461363
Pelarut*
1
-0. 766760
0.231628
-3.310
0.0079
-19.169011
1
0.220296
0.171932
1.281
0.2290
9.913310
1
-0.157916
0.071748
-2.201
0.0524
-12.791206
1
0.195278
0.153306
1.274
0.2315
9.763925
Suhu*Waktu
1
-0.012799
0.085966
-0.149
0.8846
- 1.151916
Suhu* Suhu
1
-0.082917
0.057907
-1.432
0.1827
-8.281736
Pelarut Waktu* Pelarut Waktu* Waktu Suhu* Pelarut
Factor
Degrees of
Sum of
Mean
F- Ratio
Freedom
Squares
Square
Pelarut
4
1348.538455 337.134614 5.534
0.0130
Waktu
4
457.890884 114.472721 1.879
0.1908
Suhu
4
254.662322
0.4315
63.665580 1.045
Prob>F
72
Lampiran 4 Lanjutan Cannonical Analysis of Response Surface ( based on coded data) Factor
Critical Value Coded
Critical Value Uncoded
Pelarut
0.343142
10.715710
Waktu
-0.022316
13.799158
Suhu
0.352006
53.520060
Predicted value at stationary point 58.350448 Eigenvectors Eigenvalues
Pelarut
Waktu
Suhu
-6.123037
0.417625
0.234613
0.877808
-10.843397
0.300455
0.876085
-0.377097
-23.285519
0.857506
-0.421227
-0.295384
Stationary point is a maximum.
73
Lampiran 5 Hasil uji metode permukaan tanggap untuk parameter MAG dengan menggunakan software SAS v 6.12 Coding Coefficients for the Independent Variables Factor
Subtracted off
Divided by
Pelarut
9.000000
5.000000
Waktu
14.000000
9.000000
Suhu
50.000000
10.000000
Respon surface for variable MAG Respon Mean
77.860000
Root MSE
11.522260
R- Square
0.7150
Coef of variation Regression
14.7987 Degree of
Type I Sum
Freedom
of Squares
Linear
3
1004.752690 0.2157
2.523
0.1170
Quadratic
3
320.900235
0.0689
0.806
0.5189
Crossproduct
3
2004.861638 0.4304
5.034
0.0222
Total Regress
9
3330.514563 0.7150
2.787
0.0630
Residual
Degree of
R-Square
F- Ratio
F
Sum of Squares
Mean Square
1327.624837
132.762484
Freedom Total error
10
Prob >
74
Lampiran 5 Lanjutan Parameter
Degree
Parameter
Standart
T for H0:
of
estimate
error
parameter=0
Prob>T parameter estimate
Freedom
from coded data
Intercept
1
117.290688 260.298176
0.451
0.6619
82.894648
Pelarut
1
-24.757159
13.403315 -1.847
0.0945
7.302869
waktu
1
5.510492
7.390338
0.746
0.4731
-12.403843
Suhu
1
1.722020
8.980846
0.192
0.8518
-0.615164
Pelarut*pelarut 1
-0.508073
0.341943
-1.486
0.1682
-12.701832
Waktu*pelarut
1
0.653660
0.253815
2.575
0.0276
29.414720
Waktu*waktu
1
-0.056917
0.105919
-0.537
0.6028
-4.610291
Suhu*pelarut
1
0.524236
0.226319
2.316
0.0430
26.211806
Suhu*Waktu
1
-0.223559
0.126908
-1.762
0.1086
-20.120327
Suhu*Suhu
1
-0.033718
0.085486
-0.394
0.7015
-3.371832
F- Ratio
Prob>F
Factor
Degree of
Sum of
Mean
Freedom
Squares
Square
Pelarut
4
2146.236445 536.559111 4.041
0.0333
Waktu
4
2073.502470 518.375617 3.905
0.0367
Suhu
4
1146.832522 286.708131 2.160
0.1475
75
Lampiran 5 Lanjutan Canonical Analysis of Response Surface ( based on coded data ) Factor
Critical value code
Critical value uncoded
Pelarut
0.176748
9.883739
Waktu
0.377721
17.399487
Suhu
-0.531187
44.688128
Predicted value at stationary point 81.360821 Eigenvectors Eigenvalues
Pelarut
Waktu
Suhu
6.600872
0.580671
0.812195
-0.056213
5.808990
0.424424
-0.243069
0.872228
-33.093817
-0.694756
0.530336
0.485858
Stationary point is a saddle point.
76
Lampiran 6 Hasil uji metode permukaan tanggap untuk parameter DAG dengan menggunakan software SAS v 6.12 Coding Coefficients for the Independent Variables Factor
Subtracted off Divided by
Pelarut
9.000000
5.000000
Waktu
14.000000
9.000000
Suhu
50.000000
10.000000
Response Surface for Variable DAG Response Mean
21.271000
Root MSE
12.393493
R- Square
0.6549
Coef of Variation Regression
58.2647
Degree of
Type I Sum
Freedom
of Squares
Linear
3
Quadratic
3
F- Ratio
Prob>F
1492.870538 0.3354
3.240
0.0689
245.946831
0.0553
0.534
0.6695
Crossproduct 3
1176.009438 0.2642
2.552
0.1143
Total
2914.826807 0.6549
2.109
0.1304
9
R- Square
Regress
Residual
Degree of
Sum of Squares
Mean Square
1535.986573
153.598657
Freedom Total error
10
77
Lampiran 6 Lanjutan Parameter
Degree
Parameter
of
estimate
Standart error T for
Freedom
Prob>T
Parameter
H0: Para
estimate
meter=0
from coded data
Intercept
1
-43.600348
279.980091
-0.156
0.8793
17.188905
Pelarut
1
17.345792
14.416779
1.203
0.2566
-9.439754
Waktu
1
-2.660713
7.949143
-0.335
0.7448
14.544226
Suhu
1
-0.333534
9.659915
-0.0345
0.9731
2.752049
Pelarut*pelarut
1
0.455532
0.367798
1.239
0.2438
11.388293
Waktu*pelarut
1
-0.518302
0.273007
-1.898
0.0868
-23.323598
waktu*waktu
1
0.040981
0.113927
0.360
0.7265
3.319424
Suhu*Pelarut
1
-0.403542
0.243431
-1.658
0.1284
-20.177083
Suhu*waktu
1
0.155880
0.136503
1.142
0.2801
14.029206
Suhu*suhu
1
0.020583
0.091950
0.224
0.8274
2.058293
Factor
Degree of
Sum of
Mean
Freedom
Squares
Square
Pelarut
4
1646.177562 411.544391 2.679
0.0940
Waktu
4
1794.845805 448.711451 2.921
0.0770
Suhu
4
667.053313
0.4142
F-Ratio
166.763328 1.086
Canonical Analysis of Respon Surface ( based on coded data) Factor
Critical value coded
Critical value uncoded
Pelarut
0.375412
10.877058
Waktu
0.539775
18.857974
Suhu
-0.668018
43.319820
Predicted value at stationary point 18.423103
Prob>F
78
Lampiran 6 Lanjutan Eigenvectors Eigenvalues
Pelarut
25.999565
-0.725858
0.514443
0.456595
-4.227241
0.274146
-0.392438
0.877973
-5.006315
0.630852
0.762457
0.143822
Stationary point is a saddle point
Waktu
Suhu
79
Lampiran 7 Skema proses penelitian
Penentuan pengaruh pelarut tertier- butanol
Penentuan volume heksana sebagai pelarut kristalisasi
Optimasi sintesis M-DAG
Karakterisasi sifat fisikokimia produk M-DAG
Asam lemak bebas
Titik leleh
Bilangan iodin
Komposisi dengan TLC
80
Lampiran 8 Foto produk M-DAG hasil esterifikasi
81
Lampiran 9 Perhitungan berat produk M-DAG dari esterifikasi DALMS secara teoritis. Contoh : Perlakuan no 1 pada rancangan central composite design, DALMS yang direaksikan seberat 0,4121 gram, maka produk M-DAG yang dapat dihasilkan secara teoritis dapat dihitung sebagai berikut :
Karena kandungan asam lemak terbesar di dalam DALMS adalah asam palmitat, maka diasumsikan asam lemak dalam reaksi sintesis diatas adalah asam palmitat yang memiliki BM = 256,4 g/ mol. Mol asam palmitat (DALMS) = Berat DALMS : BM DALMS = 0,4121 g : 256,4 g / mol = 1,61 x 10-3 mol Pada reaksi diatas, koefisien reaksi untuk asam lemak = koefisien reaksi untuk M-DAG sehingga berat M-DAG secara teoritis dapat dihitung dengan rumus : Berat M-DAG teoritis = mol asam palmitat (DALMS) x BM MAG = 1,61 x 10-3 mol x 330 g/ mol = 0,5313 g.
82
Lampiran 10 Data karakterisasi sifat fisikokimia DALMS Parameter
Nilai
Titik leleh
49,5-50,5oC
Kadar asam lemak bebas
0,8688
Bilangan Iodine
58,06
Penentuan kadar asam lemak bebas Berat sampel (g)
Volume titran / NaOH 1N
Asam lemak bebas
(ml) 3,5048
11,86
0,8663
3,5169
11,97
0,8713
Rata-rata
11,92
0,8688
Penentuan Bilangan iodin Berat
kloroform
Wijs (ml)
sampel (g) (ml)
KI 15%
Na2S2O3 0,1N
Bilangan
(ml
(ml)
iodin
Blanko
20
25
20
45
0,5332
20
25
20
21
57,12
0,5377
20
25
20
20
59,00
Rata-rata
58,06
83
Lampiran 11 Data karakterisasi sifat fisikokimia produk M-DAG hasil sintesis dengan kondisi optimum terpilih. Parameter
Nilai
Titik leleh
57-62,5oC
Kadar asam lemak bebas
0,7486
Bilangan iodine
16,66
Penentuan kadar asam lemak bebas Berat sampel (g)
Volume titran/ NaOH
Asam lemak bebas
0,01N (ml) 2,8181
8,0
0,7260
2,8214
8,5
0,7712
Rata-rata
0,7486
Penentuan bilangan iodin Berat
kloroform
Wijs (ml)
sampel(g) (ml)
KI 15%
Na2S2O3
Bilangan
(ml)
0,1N (ml)
iodin
Blanko
20
25
20
45
0,5200
20
25
20
38,0
17,08
0,5156
20
25
20
38,4
16,24
Rata-rata
16,66
84
Lampiran 12 Data penelitian pendahuluan untuk menentukan waktu reaksi yang digunakan untuk menentuan volume pelarut tertier-butanol dan heksan. Waktu (jam) 2
DALMS (g) 0,4036
Gliserol (g) 0,6347
Enzim (g) 0,0399
Suhu (o C) 50
Rendemen (%) 29,49
3
0,4031
0,6223
0,0408
50
34,36
4
0,3910
0,6020
0,0400
50
23,03
5
0,4069
0,6344
0,0408
50
35,00
6
0,4167
0,6015
0,0402
50
22,73
7
0,4189
0,6486
0,0406
50
34,42
8
0,4079
0,6213
0,0400
50
28,76
85
86
