Perpustakaan Digital ITB

Asam lemak merupakan salah satu bahan baku yang banyak digunakan di industri seperti kosmetik, makanan, farmasi, sabun, detergen, dan produksi green diesel. Metode konvensional yang digunakan untuk menghasilkan asam lemak adalah hidrolisis minyak/lemak pada temperatur 250 °C dan tekanan 4,82 MPa melalui proses Colgate-Emery. Meskipun proses tersebut sederhana, namun proses tersebut membutuhkan energi yang tinggi dan memerlukan proses pemurnian produk. Strategi yang dapat dilakukan untuk mengurangi konsumsi energi dan menurunkan degradasi termal produk adalah melangsungkan hidrolisis minyak pada temperatur dan tekanan yang lebih rendah dengan menggunakan lipase sebagai biokatalis. Untuk meningkatkan umur operasional dan penggunaan kembali dari lipase, maka lipase diimobilisasi pada matriks penyangga. Enzim yang diimobilisasikan pada struktur nanomaterial menunjukkan pemuatan enzim yang tinggi dan peningkatan stabilitas. Penelitian ini mengkaji material berbasis selulosa sebagai penyangga imobilisasi lipase untuk menyelenggarakan hidrolisis minyak sawit pada temperatur 40 °C dan tekanan atmosferik. Pada tahap pertama, sintesis cellulose nanocrystals (CNCs) dilakukan dari berbagai biomassa yang meliputi bagas tebu, jerami padi, dan tandan kosong kelapa sawit (TKKS) menggunakan metode oksidasi yang dimediasi TEMPO. Produk CNCs yang diperoleh dikarakterisasi menggunakan X-ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectoscopy (FTIR), Transmission Electron Microscopy (TEM), dan Thermogravimetric Analysis (TGA). Hasil penelitian menunjukkan CNCs dari bagas tebu memiliki kristalinitas sebesar 72% dengan panjang rata-rata 104????64 nm, CNCs dari jerami padi memiliki kristalinitas sebesar 73% dengan panjang rata-rata 102????34 nm, dan CNCs dari TKKS memiliki kristalinitas sebesar 65% dengan panjang rata-rata 157????27 nm. Kristalinitas CNCs meningkat dengan meningkatnya konsentrasi oksidator karena semakin banyak bagian amorf yang dapat dihilangkan. Selain itu, hasil analisis menggunakan FTIR mengkonfirmasi adanya gugus karbonil (C=O) yang berasal dari gugus karboksilat mengindikasikan bahwa gugus hidroksil pada posisi C6 primer dari selulosa telah dioksidasi menjadi gugus karboksilat. Produk CNCs yang telah diperoleh digunakan untuk imobilisasi lipase. Penelitian dilakukan dengan mengkaji pengaruh jenis CNCs, konsentrasi lipase, waktu imobilisasi, dan rasio EDC/CNCs terhadap aktivitas lipase. Hasil penelitian menunjukkan lipase yang diimobilisasi pada CNCs dari jerami padi menghasilkan aktivitas relatif paling tinggi sebesar 71%. Hal ini berkaitan dengan karakteristik yang dimiliki oleh CNCs seperti kandungan gugus karboksil pada permukaan CNCs, ukuran CNCs, kristalinitas, dan komposisi bahan baku yang digunakan untuk sintesis CNCs. Oleh karena itu, CNCs dari jerami padi dipilih untuk digunakan dalam optimasi kondisi imobilisasi. Kondisi imobilisasi optimum diperoleh pada konsentrasi lipase 1,5 mg/mL, waktu imobilisasi 2 jam, dan rasio CNCs/EDC 1:3. Selain itu, stabilitas lipase amobil menunjukkan peningkatan pada temperatur 40 °C dibandingkan lipase bebas yang disebabkan oleh peningkatan kekakuan lipase setelah berikatan secara kovalen dengan CNCs. Lipase yang sudah berhasil diimobilisasi pada CNCs digunakan dalam hidrolisis minyak sawit. Penggunaan gum Arab dengan konsentrasi sebesar 5% memberikan efek positif pada aktivitas lipase yang dapat dikaitkan dengan peningkatan area antarmuka emulsi air dengan minyak dan menstabilkan emulsi. Selain itu, persentase hidrolisis paling tinggi dicapai pada pH 8 sebesar 9,5%. Perubahan pH dapat mempengaruhi regangan pada ”lid” dari lipase untuk membuka atau menutup pusat katalitik yang dapat berikatan dengan substrat. Hasil pengujian penggunaan berulang menunjukkan bahwa lipase amobil hanya dapat mempertahankan 27% dari aktivitas awal setelah berjalan selama 5 siklus. Selanjutnya, penelitian dilakukan untuk menentukan parameter kinetika hidrolisis minyak sawit menggunakan lipase amobil. Kecepatan pengadukan divariasikan dari 150 hingga 200 rpm untuk memastikan penentuan parameter kinetika berada dalam rejim kinetik. Untuk memperoleh data laju awal, konsentrasi substrat (100– 300 mM) dan temperatur (30–50 °C) divariasikan dalam sebuah reaktor batch selama 6 jam. Hasil fitting menunjukkan model Michaelis-Menten cocok dengan hasil percobaan sehingga parameter kinetika berupa KM, Vmax, dan Ea dapat ditentukan. Lipase amobil memiliki nilai Vmax paling tinggi pada temperatur 40 °C sebesar 15,53 mM/jam dengan KM sebesar 99,80 mM dan Ea sebesar 41,07 kJ/mol. Untuk menentukan model kinetika yang paling cocok, fitting dilakukan menggunakan tiga model Michaelis-Menten, yaitu tanpa inhibisi, dengan inhibisi substrat, dan inhibisi produk. Hasil pemodelan menunjukkan bahwa hidrolisis minyak sawit menggunakan lipase amobil paling cocok menggunakan persamaan Michaelis-Menten dengan adanya inhibisi produk dengan nilai Root Mean Squared Error (RMSE) sebesar 0,13 dan nilai konstanta inhibisi (KI) sebesar 4 mM. Selanjutnya, simulasi dilakukan pada waktu reaksi yang lebih lama. Hasil simulasi menunjukkan bahwa reaktor semi-batch dapat mencapai konversi lebih tinggi di awal reaksi dengan konversi sebesar 28% dan mencapai konversi yang mendekati reaktor batch sebesar 36% pada waktu pengumpanan 10 jam.