STUDI PROSES INTERESTERIFIKASI ENZIMATIK (EIE) CAMPURAN MINYAK SAWIT DAN MINYAK KELAPA UNTUK PRODUKSI BAHAN BAKU MARGARIN BEBAS ASAM LEMAK TRANS
Oleh : PAYAMAN PANDIANGAN
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
ABSTRACT PAYAMAN PANDIANGAN. Study of Enzymatic Interesterification Process on Blending of Palm Oil and Coconut Oil to Produce Raw Fats and Oils for Margarine Trans Fatty Acid Free . Under the direction of NURI ANDARWULAN and PURWIYATNO HARIYADI. The purpose of this research was to study process of enzymatic interesterfication by blending palm oil and coconut oil as raw fats and oils to produce margarine trans fatty acid free using lipase Lipozyme TLIM produced by Novozymes A/S Denmark. The reseach was done through two steps of experiment at lab scale. First step was to determine the concentration of enzyme and optimum reaction time, while the second step was to formulate the fat blend as a subtrate for enzymatic interesterification to obtain the target of Solid Fat Content (SFC) profile, slip Melting Point (MPt) of retail and industrial margarine. Based on this study the enzyme concentration of 5.15% (w/w) compared with enzyme concentration of 8.16% (w/w) did not provided different results for SFC and MPt. The optimum reaction time was 6 hours. The formulations of subtrate to obtain the SFC profile and MPt target to produce margarine product trans fatty acid free was the formulation of PO:PS:CNO:55:30:15 for target of retail margarine with 3 hours reaction time and the formulation of PO:PS:CNO:45:40:15 for target industrial margarine with 3 hours reaction time. The concentration of enzyme used was 5.55% (w/w).
1
RINGKASAN PAYAMAN PANDIANGAN. Studi Proses Interesterifikasi Enzimatik Campuran Minyak Sawit dan Minyak Kelapa untuk Produksi Bahan Baku Margarin Bebas Asam Lemak Trans. Dibimbing oleh NURI ANDARWULAN dan PURWIYATNO HARIYADI. Indonesia adalah negara produsen terbesar crude palm oil (CPO) di dunia mulai tahun 2006 dengan perkebunan sawit seluas sekitar 5 juta Ha dan dapat menyerap tenaga kerja sebanyak kurang lebih 3 juta orang. Untuk konsumsi minyak dan lemak dalam negeri, CPO diolah untuk bahan baku margarin, shortening, pastry dan minyak goreng. CPO, minyak dan lemak selain untuk komsumsi dalam negeri juga di ekspor ke manca Negara. Produk makanan seperti margarin, shortening, pastry dan minyak goreng pada saat ini mendapat perhatian dari masyarakat di seluruh dunia, terutama hubungannya dengan kesehatan manusia yaitu adanya pengaruh negatif asam lemak trans terhadap kesehatan jantung koroner. Produsen produk pangan olahan yang berasal dari minyak dan lemak saat ini mencari proses untuk mengurangi bahkan menghilangkan kandungan asam lemak trans dalam produk. Tujuan penelitian ini adalah studi proses interesterifikasi enzimatik minyak dan lemak untuk produksi bahan baku margarin bebas asam lemak trans. Produk margarin yang diproses dengan menggunakan bahan baku minyak dan lemak hasil interesterifikasi enzimatik adalah tidak mengadung asam lemak trans. Minyak dan lemak yang digunakan dalam proses interesterifikasi adalah campuran minyak sawit dan minyak kelapa. Penelitian ini menggunakan enzim lipase dengan proses interesterifikasi enzimatik yang dikembangkan oleh Novozymes, dilakukan dalam skala laboratorium. Parameter analisis yang digunakan untuk mengetahui karakteristik bahan baku dan lemak hasil interesterifikasi adalah sebagai berikut: komposisi asam lemak dengan Gas Kromatografi dengan metode fatty acid methyl ester (FAME), analisis Solid Fat Content (SFC) dengan metode Nuclear Magnetic Resonance (NMR), dan analisis fisiko kimia mutu minyak dan lemak. Tahapan penelitian ini adalah penentuan konsentrasi enzim dan waktu reaksi optimum, penentuan formula bahan baku untuk proses interesterifikasi enzimatik dan karakterisasi produk margarin hasil interesterifikasi enzimatik. Sebelum proses interesterifikasi terlebih dahulu dilakukan persiapan deaerasi dan pengeringan (drying) terhadap enzim Lipozyme TL IM. Dalam proses penentuan konsentrasi enzim yang dilakukan adalah proses interesterifikasi dengan menggunakan konsentrasi 5.15% dan 8.16%, dengan tiga kali pengulangan. Lamanya reaksi adalah 24 jam dan setiap tiga jam diambil contoh secara kontinyu untuk analisis profil SFC. Berdasarkan data profil SFC dan fisiko kimia setelah selesai proses interesterifikasi ternyata profil SFC dengan konsentrasi enzim 5.15% dibandingkan dengan 8.16% selama reaksi 24 jam tidak berbeda nyata. Data hasil profil SFC yang diperoleh bahwa waktu reaksi optimum proses interesterifikasi enzimatik adalah selama 6 jam. Kesimpulan ini berdasarkan data yang dihasilkan setelah reaksi 6 jam dibandingkan dengan reaksi 24 jam tidak ada perbedaan. Penentuan formula bahan baku untuk proses interesterifikasi yang pertama dilakukan adalah mencari persentase campuran (blending) bahan baku Palm Oil (PO), Palm Olein (PE), Palm Stearin (PS), Coconut Oil (CNO), dan setelah profil SFC dan slip Melting Point (MPt) diketahui, kemudian ditentukan
formula dan berikut adalah formula bahan baku untuk proses interesterifikasi enzimatik yaitu : 1) Formula PS:CNO : 70:30 2) Formula PS:CNO:PE : 65:30:5 3) Formula PO:PS:CNO : 55:30:15 4) Formula PO:PS:CNO : 45:40:15 Proses interesterifikasi dilakukan di laboratorium pada suhu ruangan 2025oC dan tingkat humiditas diatas 65%. Proses interesterifikasi dilakukan pada suhu 65-73oC selama 6 jam, dan hasil interesterifikasi diambil setiap 3 jam dan 6 jam secara kontinyu. Analisis untuk mengukur keberhasilan proses interesterifikasi enzimatik ini adalah berdasarkan hasil profil SFC dan MPt selama proses dibandingkan dengan target. Target SFC dan MPt yang dipakai untuk penelitian ini adalah produk margarin ritel dan margarin industri internal spesifikasi produk PT. SMII yang telah diproduksi selama ini. Produk hasil interesterifikasi enzimatik tidak mengalami perubahan yaitu warna, peroxide value (PV), iodine value (IV) dan kadar air, tetapi kadar asam lemak bebas (FFA) meningkat dari 0.04-0.05% menjadi 0.4-0.5%. Untuk menghasilkan produk margarin ritel dan industri yang bebas asam lemak trans dapat dilakukan dengan membuat formula minyak dan lemak dengan cara mencampur (blending) bahan baku antara PO, PS, PE dan CNO dengan menggunakan enzim Lypozime TL IM dengan konsentrasi 5.55% b/b. Berdasarkan data hasil analisis profil SFC dan MPt dari empat formula tersebut diperoleh dua formula yang berhasil memenuhi target yaitu target ritel adalah formula PO:PS:CNO:55:30:15 dan untuk target industri adalah formula PO:PS:CNO:45:40:15 dengan proses interesterifikasi enzimatik selama 3 jam. Profile asam lemak dari minyak sebelum dan sesudah proses interesterifikasi enzimatik hasilnya tidak berbeda, hal ini membuktikan bahwa proses interesterifikasi enzimatik tidak merubah komposisi asam lemak. Enzim lipase hanya bekerja menukar shifted pada posisi1,3n pada trigliserida (TAG) dan asam lemak hasil interesterifikasi tidak mengandung asam lemak trans. Bentuk fisik produk hasil interesterifikasi enzimatik adalah berbentuk padatan bercampur cairan pada suhu ruangan. Kristal lemak padatan tersebut dilihat dibawah mikroskop polarisasi untuk mengetahui apakah punya sifat birefringence dari minyak yang telah melalui proses interesterifikasi enzimatik. Berdasarkan data rata-rata pengukuran hasil polarisasi kristal dengan 10 (sepuluh) bidang pandang adalah 1.2 mikron untuk lemak yang telah mengalami interesterifikasi enzimatik.
STUDI PROSES INTERESTERIFIKASI ENZIMATIK (EIE) CAMPURAN MINYAK SAWIT DAN MINYAK KELAPA UNTUK PRODUKSI BAHAN BAKU MARGARIN BEBAS ASAM LEMAK TRANS
PAYAMAN PANDIANGAN Tugas Akhir Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Profesi Teknologi Pangan pada Program Studi Teknologi Pangan
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
Judul Tugas Akhir
: Studi Proses Interesterifikasi Enzimatik Campuran Minyak Sawit dan Minyak Kelapa untuk Produksi Bahan Baku Margarin Bebas Asam Lemak Trans
Nama Mahasiswa
: Payaman Pandiangan
NIM
: F252050025
Disetujui, Komisi Pembimbing :
Dr. Ir. Nuri Andarwulan, MSi Ketua
Dr. Ir. Purwiyatno Hariyadi, MSc Anggota
Diketahui, Ketua Program Studi Magister Profesi Teknologi Pangan
Dr. Ir. Lilis Nuraida, MSc
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS
PRAKATA Doa puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkatNya karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Laporan tugas akhir ini disusun berdasarkan hasil penelitian penulis yang dilaksanakan di laboratorium Quality Assurance-Quality Control (QA-QC) PT. Sinar Meadow International Indonesia (SMII), Pulogadung - Jakarta sejak April 2007 sampai November 2007. Terima kasih penulis sampaikan kepada Ibu Dr.Ir. Nuri Andarwulan, MSi dan Bapak Dr.Ir. Purwiyatno Hariyadi, MSc selaku dosen pembimbing serta kepada Bapak Agus Widjaja dan Bapak Yohanes Tanggara selaku direktur PT. SMII yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan studi di program Magister Profesi Teknologi Pangan. Terima kasih saya ucapkan kepada ibunda tercinta Tionna Purba, ibu mertua tercinta Tiara Sitompul berkat doa dan kasih sayangnya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Karya tulis ini kupersembahkan kepada istriku yang saya kasihi dan cintai Sondang Marlinda dan anak-anakku yang kukasihi dan kusayangi Parlindungan Teguh Steven Hariara, Agustinus Phillip Pangihutan dan Nadya Angelita Elizabeth Hotmauli, saya mengucapkan terima kasih berkat doanya yang tulus dan pengertiannya selama penulis menempuh kuliah hingga selesai. Ungkapan terimakasih juga saya sampaikan kepada rekan-rekan Magister Profesi Teknologi Pangan angkatan II, seluruh dosen dan staff MPTP, seluruh staff laboratorium QA-QC dan rekan-rekan di PT.SMII serta semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini dan atas segala doa dan dukungan morilnya.
Bogor, Januari 2008 Payaman Pandiangan
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Pandumaan - Dolok Sanggul, Propinsi Sumatera Utara pada tgl 19 Desember 1962 dari ayah alm. Mangisa Pandiangan dan ibu Tionna Purba. Penulis merupakan putra keempat dari sepuluh bersaudara. Pada tahun 1980 penulis lulus SMA Negeri Dolok Sanggul, tahun 1982 penulis lulus seleksi masuk Akademi Kimia Analisis (AKA) Departemen Perindustian di Bogor dan lulus tahun 1985, kemudian kuliah sambil bekerja di FMIPA UNPAK Bogor sejak 1990 – 1993. Setelah menyelesaikan studi di AKA penulis bekerja di industri kemasan pada tahun 1986 - 1987 sebagai staff QC, kemudian pindah ke industri Farmasi PT. Sandoz Biochemie Farma Indonesia pada tahun 1987-1991 sebagai IPC-Chemist, kemudian pindah ke industri pemanis 1991-1994 sebagai R&D dan QC Manager. Mulai tahun 1994 sampai sekarang bekerja di industri minyak dan lemak PT Sinar Meadow International Indonesia Pulogadung-Jakarta sebagai QA-QC Manager.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL …………………………………………………………………...
vi
DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………………..
vii
DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................
viii
PENDAHULUAN Latar Belakang ……………………………………………………………….. Tujuan ………………………………………………………………….……...
1 3
TINJAUAN PUSTAKA Proses Pengolahan CPO …………………………………………………… Proses Pemurnian CPO dan Fraksinasi ……………………………... Proses Hidrogenasi ……………………………………………….……. Minyak dan Lemak Trans …………………………………………………… Produk Margarin Bebas Trans Fats …………………………………... Syarat Pelabelan asam lemak Trans dalam makanan …………….. Interesterifikasi ……………………………………………………………….. Proses Produksi Margarin …………………………………………….……. Kualitas margarin …………………………………………………………….
4 4 7 8 9 10 13 17 20
BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat Penelitian ……………………………………………… Bahan dan Alat ………………………………………………………………. Metode Penelitian …………………………………………………….……… Penentuan Konsentrasi Enzim dan waktu Reaksi Optimum ………. Formula Bahan Baku pada Proses Interesterifikasi ………………… Karakterisasi Produk Lemak Hasil Interesterifikasi Enzimatik …….. Pengamatan …………………………………………………………………..
23 23 24 24 28 31 32
HASIL DAN PEMBAHASAN Penentuan Konsentrasi Enzim dan Waktu Optimum Interesterifikasi …. Penentuan Formula Bahan Baku untuk Proses Interesterifikasi ……….. Hasil Proses Interesterifikasi Formula PS:CNO:70:30 ……………... Hasil Proses Interesterifikasi Formula PS:CNO:PE:65:30:5 ………. Hasil Proses Interesterifikasi Formula PO:PS:CNO:55:30:15 ……... Hasil Proses Interesterifikasi Formula PO:PS:CNO:45:40:15 ……... Hasil Interesterifikasi yang memenuhi Target ……………………………. Polarisasi bentuk Kristal …………………………………………………….. Profil Asam Lemak …………………………………………….…………….
36 40 42 43 43 44 46 49 50
SIMPULAN DAN SARAN ...............................................................................
51
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................
53
LAMPIRAN ………………………………………………………………………….
61
vii
DAFTAR GAMBAR Halaman 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24.
Proses Pemurnian CPO dengan Continuous Refinery …………………… Proses Fraksinasi dengan Sistim Batch ……………………………………. Proses Hidrogenasi …………………………………………………………… Posisi Cis dan Trans dalam rantai carbon …………………………………. Proses Interesterifikasi Kimia ……………………………………………….. Perbandingan total Biaya Proses Hidrogenasi, Interesterifikasi Kimia dan Enzimatik ……………………………………….. Proses Interesterifikasi Enzimatik .………………………………………….. Skema reaksi sederhana Interesterifikasi Enzimatik ……………………… Proses Produksi Margarin ……………………………………………………. Diagram alir proses penelitian Interesterifikasi Enzimatik ……………….. Diagram Alir Proses Persiapan Enzim sebelum Interesterifikasi ………… Diagram alir Penentuan Konsentrasi Enzim dan Waktu Reaksi Optimum Interesterifikasi ………………………………………………………………… Diagram alir Formula Bahan Baku Proses Interesterifikasi Enzimatik …. Alat dan proses interesterifikasi enzimatik ………………………………… Grafik Penentuan Konsentrasi Enzim Interesterifikasi ……………………. Grafik Penentuan Waktu Reaksi Optimum Interesterifikasi ……………… Grafik SFC Interesterifikasi Formula PS:CNO:70:30 ……………………… Grafik SFC Interesterifikasi Formula PS:CNO:PE:65:30:5 ……………….. Grafik SFC Interesterifikasi Formula PO:PS:CNO:55:30:15 ……………... Grafik SFC Interesterifikasi Formula PO:PS:CNO:45:40:15 ……………... Grafik data MPt formula (A) PO:CNO:70:30, (B) PO:CNO:PE:65:30:5, (C) PO:PS:CNO:55:40:15 dan (D) PO:PS:CNO:45:40:15 ………………………..
Grafik data SFC hasil interesterifikasi yang memenuhi target margarin ritel dengan bahan baku PO:PS:CNO:55:30:15 selama reaksi 3 jam .….. Grafik data SFC hasil interesterifikasi yang memenuhi target margarin industri dengan bahan baku PO:PS:CNO:45:40:15 selama reaksi 3 jam Polarisasi kristal hasil interesterifikasi formulasi (PO:PS:CNO:55:30:15) 200x …………………………………………………………………………….
6 7 8 9 14 15 16 16 18 24 26 28 30 31 38 40 42 43 44 45 45 46 47 50
viii
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1.
Hasil Analisis Profil SFC dan Fisiko Kimia pada Penentuan Konsentrasi dan enzim dan Waktu Reaksi Optimum Proses Interesterifikasi …………
2.
Hasil Analisis Profil SFC dan Fisiko Kimia Formula Bahan Baku setelah Interesterifikasi …………………………………………………………………
3.
61 64
Hasil Analisis profil asam lemak Fatty Acid Methyl Ester (FAME) formula sebelum dan sesudah interesterifikasi (EIE) dan target ritel dan industri dan PT. SMII ………………………………………….……………...
4.
Hasil analisis profil SFC dan MPt Formula setelah interesterifikasi vs Target Margarin ……... ……………………………………………………….
5.
66
68
Hasil kromatogram profil asam lemak Fatty Acid Methyl Ester (FAME) sesudah interesterifikasi enzimatik (EIE) formula PO:PS:CNO:55:30:15 dan PO:PS:CNO:45:40:15 ……………………………………………………
69
