SINTESIS ETIL ESTER ASAM LEMAK SECARA ENZIMATIS MENGGUNAKAN LIPASE KECAMBAH BIJI JARAK (Jatropha curcas) DAN RICE BRAN (Oryza sativa) PADA SISTEM BATCH DAN FED BATCH

Indro Prastowo, Dr. Ir. Chusnul Hidayat

2012 | Tesis | S2 Bioteknologi

Produksi Etil Ester Asam Lemak (Biodiesel) melibatkan proses esterifikasi, terutama untuk bahan baku dengan kandungan asam lemak bebas tinggi. Proses ini dapat dilakukan secara enzimatik menggunakan enzim lipase. Kecambah biji jarak Jatropha curcas.L) dan rice bran (Oryza sativa) merupakan sumber lipase. Untuk meningkatkan produktivitas, reaksi esterifikasi harus dioptimasi. Salah satu metode untuk mengoptimasi reaksi esterifikasi adalah Response Surface Methodology. Proses esterifikasi ini biasanya dilakukan dalam sistem batch. Akan tetapi, kelemahan sistem batch adalah adanya penghambatan aktivitas enzim lipase oleh alkohol yang berlebih. Untuk menangani permasalahan tersebut, proses esterifikasi akan dilakukan dengan sistem fed-batch, dimana alkohol dimasukkan ke dalam bioreaktor dengan kecepatan alir tertentu. memperoleh karakteristik lipase kecambah biji jarak dan Penelitian ini bertujuan untuk Rice Bran yang meliputi aktivitas hidrolisis, aktivitas esterifikasi, Vm dan Km; memperoleh kondisi optimal reaksi esterifikasi dengan menggunakan kecambah biji jarak dan Rice Bran dengan menggunakan metode Response Surface Methodology; dan memperoleh debit optimal ethanol ke dalam sistem reaksi pada sistem fed-batch. tahap persiapan bahan (perkecambahan untuk biji jarak), defatting, uji aktivitas hidrolisis dan esterifikasi, optimasi reaksi, eksper Tahapan penelitian diawali dengan imen kinetika, dan eksperimen fed-batch. Variabel yang dioptimasi pada optimasi reaksi esterifikasi adalah konsentrasi enzim, rasio substrat : ethanol, dan waktu. Dalam penelitian ini diperoleh karakteristik lipase kecambah biji jarak adalah aktivitas hidrolis : 6.73 U/g, aktivitas esterifikasi : 298.07 U/g, Vm : 49.50 μmol/menit , dan Km : 0.123 M. Sedangkan, karakteristik lipase rice bran adalah aktivitas hidrolis : 10.57 U/g, aktivitas esterifikasi : 324.03 U/g, Vm : 60.97 μmol/menit , dan Km : 0.073 M. Kondisi terbaik reaksi esterifikasi (kecambah biji jarak) adalah konsentrasi 0.3102 g/ml, ratio substrat : ethanol 1 : 1.8115 dan selama 50.9 menit. Sedangkan, kondisi terbaik reaksi esterifikasi (rice bran) adalah konsentrasi 0.2977 g/ml, ratio substrat : ethanol 1 : 2.05 dan selama 58.61 menit. Rice bran lebih baik daripada kecambah biji jarak sebagai sumber lipase. Pada sistem fed-batch, debit yang menghasilkan yield optimal : 0.025 ml/menit. Tingkat konversinya yaitu mencapai 60.86% selama 72 jam.

The production of fatty acid ethyl ester (Biodiesel) involves esterification reaction, especially for substrates high in free fatty acid. This process can be carried out enzymatically using lipase. Germinated jatropha seeds (Jatropha curcas.L) and rice bran (Oryza sativa) are sources of lipase. To increase productivity, esterification reaction need to be optimized. One of optimization method is Response Surface Methodology. Esterification reaction is usually carried out in batch system. But, the problem of using batch system is inhibition of lipase activity by the excess of alcohols. To overcome this problem, esterification will be carried out in fed-batch system, of which alcohols are flowed in small debit into bioreactor. The aims of this research were to get the characteristics of lipase from germinated jatropha seed and rice bran (hydrolysis activity, esterification activity, Vmax and Km); to get the optimum conditions of esterification reaction using Response Surface Methodology; and to get optimum debit of ethanol which flowed into fed-batch reaction system. This research was initiated by preparation stage (germination for jatropha seeds). The next stages were defatting; hydrolysis and esterification activities observation; reaction optimization; kinetic observation and fed-batch observation. In the reaction optimization stage, the optimized variables were enzyme concentration, ratio substrate : ethanol, and reaction time. The characteristics of lipase from germinated jatropha seeds for hydrolysis activity, esterification activity, Vmax and Km were 6.73 U/g, 298.07 U/g, 49.50 μmol/minute dan 0.123 M, respectively. The characteristics of lipase from rice bran for hydrolysis activity, esterification activity, Vmax and Km were 10.57 U/g, 324.03 U/g, 60.97 μmol/ minute dan 0.073 M, respectively. The most optimum conditions of esterification reaction using germinated jatropha seed lipase were concentration of enzyme 0.3102 g/ml, ratio substrate : ethanol 1 : 1.8115, and reaction time 50.9 minute. The most optimum conditions of esterification reaction using rice bran lipase were concentration of enzyme 0.2977 g/ml, ratio substrate : ethanol 1 : 2.05, and reaction time 58.61 minute. In this research, rice bran lipase exhibited better performance than germinated jatropha seed lipase in ethyl ester production. In fed-batch observation stage, the optimum ethyl ester production was obtained in debit of 0.025 ml/minute with ethyl ester conversion of 60.86% for 72 hours.

Kata Kunci : Etil Ester Asam Lemak, Kecambah biji jarak, Rice bran, Response Surface Methodology, Fed-Batch.