1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah Saat ini penggunaan enzim dalam perindustrian telah mengalami perkembangan pesat. Hal ini disebabkan karena banyaknya permasalahan lingkungan yang ditimbulkan oleh limbah perindustrian. Penggunaan katalis logam kimia dalam proses industri menimbulkan berbagai kerugian. Menurut Ma dan Milford (1999), penggunaan katalis logam homogen akan mengakibatkan kesulitan dalam pemurnian produk. Penggunaan katalis logam, seperti NaOH juga akan menyebabkan pembentukan limbah basa yang dapat mengkontaminasi produk yang dihasilkan. Adanya kerugian tersebut memunculkan alternatif baru dengan menggunakan enzim sebagai biokatalisator. Penggunaan enzim sebagai biokatalisator dalam proses industri diharapkan dapat mengurangi dampak pencemaran lingkungan akibat limbah dari perindustrian. Salah satu enzim yang biasa digunakan sebagai biokatalis adalah enzim lipase. Enzim lipase memiliki peran yang penting dalam bioteknologi modern. Enzim lipase yang sering dimanfaatkan sebagai biokatalis adalah enzim lipase pankreas. Banyak industri yang telah mengaplikasikan penggunaan enzim lipase sebagai biokatalis. Lipase merupakan enzim kelas hidrolase yang juga dapat berperan sebagai biokatalis untuk reaksi esterifikasi. Lipase terkenal memiliki aktivitas yang tinggi dalam reaksi hidrolisis, esterifikasi, alkoholisis, dan aminolisis (Macrae, 1983). Kelebihan penggunaan enzim lipase sebagai biokatalisator adalah enzim lipase mampu mengarahkan reaksi secara spesifik ke arah produk yang diinginkan tanpa terjadinya reaksi samping yang merugikan dan lebih ramah lingkungan. Enzim lipase juga dapat digunakan sebagai katalis dalam reaksi sintesis senyawa ester dalam pelarut organik (Orrego et al., 2010). Salah satu peran aktivitas lipase yang menarik untuk dipelajari adalah aktivitasnya dalam reaksi transesterase. Aktivitas enzim lipase dalam reaksi transesterase dapat
1
2
diterapkan dalam proses pembuatan biodiesel dengan menggunakan biokatalis enzim lipase. Biokatalis enzim lipase merupakan alternatif dalam sintesis kimia yang ramah lingkungan, akan tetapi masih terdapat beberapa kelemahan dalam penggunaan untuk reaksi hidrolisis. Enzim lipase yang telah diisolasi dari lingkungan aslinya juga memiliki kestabilan struktur yang rendah. Lipase dalam bentuk terlarut relatif tidak stabil terhadap perubahan lingkungan sekitar seperti perubahan pH dan suhu serta tidak dapat digunakan secara berulang (reuseable). Di sisi lain, harga lipase komersial biasanya sangat tinggi kerena proses produksinya yang sangat sulit dan memakan waktu lama. Kelemahan tersebut menyebabkan biaya reaksi enzimatis menjadi meningkat (Noureddini et al., 2005). Salah satu cara yang dapat digunakan untuk mengatasi berbagai kelemahan penggunaan enzim sebagai biokatalis dalam sintesis kimia adalah dengan cara melakukan imobilisasi enzim. Imobilisasi enzim didefinisikan sebagai enzim yang secara spesifik ditempatkan dalam suatu matriks padat (support) secara fisik dengan tetap memiliki aktivitas katalitiknya dan dapat digunakan secara berulang atau secara terus-menerus (Chibata, 1978). Keuntungan dari proses imobilisasi enzim, yaitu proses reaksi enzimatik dapat dijalankan secara kontinyu dan dapat dikontrol secara langsung. Produk hasil reaksi dapat dengan mudah dipisahkan dan dalam beberapa kasus sifat enzim (aktivitas dan stabilitas) dapat berubah menjadi lebih baik (Pereira, 2003). Proses imobilisasi enzim, juga merupakan metode yang digunakan untuk meningkatkan kestabilan enzim lipase. Metode imobilisasi enzim ada tiga macam, yaitu pengikatan enzim pada padatan pendukung (carrier-binding) melalui adsorpsi fisik (Sassolas et al., 2009), pengikatan silang (cross-lingking) antar molekul protein dengan molekul protein lain atau gugus fungsional dari padatan pendukung (Betancor et al., 2006), dan pemerangkapan (entrapping) enzim ke dalam matriks polimer (Sassolas et al., 2009). Di antara ketiga metode tersebut, salah satu metode yang menarik untuk dikembangkan dalam mengimobilisasi enzim adalah metode enkapsulasi
3
(entrapping). Menurut Dave et al. (1994), metode enkapsulasi adalah pengemasan molekul protein dalam matriks sol-gel yang tidak terikat kovalen, tetapi molekul tersebut terperangkap secara fisik dalam jaringan gel yang telah tumbuh di sekitarnya. Saat proses imobilisasi enzim, perlu dilakukan pemilihan media pengimobilisasi (support) yang tepat agar enzim yang terimobilisasi masih memiliki aktivitas katalitik yang baik. Salah satu padatan pendukung yang dapat digunakan sebagai pemerangkap enzim adalah silika gel. Menurut Wulan et al. (2007), silika gel memiliki ruang pengunci (interlocking cavasities) yang memberikan media dengan luas permukaan yang besar. Silika gel menunjukkan kekuatan mekanik dan stabilitas termal yang tinggi serta mudah untuk disintesis. Hidryawati (2010) melaporkan enzim dehidrogenase
laktat yang
terimobilisasi pada silika gel memiliki stabilitas termal yang tinggi, dimana masih dapat mengkatalisis pembentukan produk pada suhu 70 °C. Nuryono et al. (2008) juga telah membuktikan bahwa enzim Horseradish Peroxidase-Glucose Oxidase (HRP-GOx) yang terenkapsulasi pada silika gel mampu bertahan hingga 23 hari pemakaian untuk reaksi. Kebaharuan yang dilakukan dalam penelitian ini yaitu, dengan melakukan imobilisasi enzim lipase melalui metode enkapsulasi pada silika gel. Teknik enkapsulasi enzim dalam silika gel dilakukan melalui proses pembuatan silika gel menggunakan metode sol-gel dengan bahan dasar tetramethylorthosilicate (TMOS) yang dibuat pada pH 7, sehingga proses imobilisasi dapat dilakukan pada pH netral. Penggunaan TMOS sebagai sumber silika dalam penelitian ini dikarenakan TMOS memiliki kemurnian silika yang tinggi yaitu sekitar 99%, sehingga sintesis pembuatan silika gel dengan TMOS lebih mudah dilakukan dan silika gel yang terbentuk memiliki struktur polimer yang lebih kuat. Enzim yang terimobilisasi pada silika gel dengan metode enkapsulasi dimungkinkan akan memiliki sifat yang lebih stabil dan dapat dilakukan recovery, sehingga diharapkan penggunaan enzim sebagai katalis menjadi lebih ekonomis. Melalui penelitian ini diharapkan penggunan enzim lipase terimobilisasi sebagai katalis pada reaksi hidrolisis minyak kelapa sawit menjadi lebih efektif dan efisien.
4
1.2 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah : 1. Mempelajari teknik imobilisasi enzim lipase melalui metode enkapsulasi enzim pada polimer silika gel dari tetramethylorthosilicate (TMOS). 2. Mempelajari perbedaan aktivitas enzim lipase terimobilisasi silika gel dan enzim lipase bebas dalam menghidrolisis minyak kelapa sawit menjadi asam lemaknya. 3. Mengetahui stabilitas enzim lipase terimobilisasi silika gel terhadap pengaruh temperatur, pH dan penggunaan ulang.
1.3 Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan sumbangan yang berarti bagi ilmu pengetahuan dan teknologi khususnya dalam bidang imobilisasi enzim lipase pada media silika gel. Melalui penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang pemanfaatan silika dalam bidang biokimia, khususnya sebagai bahan untuk imobilisasi suatu biomolekul. Penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan hingga dapat dimanfaatkan oleh industri untuk pembuatan biodiesel dengan proses sintesis kimia yang ramah lingkungan.
