KAJIAN MATERI ASAM LEMAK
“Combining metabolic engineering and process optimization to improve production and secretion of fatty acids” Rodrigo Ledesma-Amaro, Remi Dulermo, Xochitl Niehus, Jean-Marc Nicaud
Oleh Kelompok : Olive Oil Anggota : Sylvia Yusri
1506695480
Aenul Mukaromah
1606842966
Aji Satria Nugraha
1606842991
Gina Aswari Intan Pertiwi 1606843142 Khalil Gibran
1606843193
Widya Pangestika
1606843382
PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK KIMIA DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA, FT UI DEPOK - 2017
2
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI........................................... ................................................................. ........................................... ............................................ ................................. .......... 2 BAB I PENDAHULUAN ......................................... .............................................................. ........................................... ..................................... ............... 3 1.1.Latar Belakang.................................................... ........................................................................... ............................................. ......................... ... 3 1.2.Tujuan Pembahasan .............................................................. .................................................................................... ............................. ....... 5 BAB II SOAL DAN PEMBAHASAN .......................................... ............................................................... .................................... ...............6 2.1. Soal 1 : Apa yang anda ketahui tentang pengertian, jenis-jenis, dan sifatsifat dari Asam Lemak? .......................................... ............................................................... ........................................... ......................6
2.1.1.Pengertian Asam Lemak ............................................. .................................................................... ................................. .......... 6 2.1.2.Jenis-jenis Asam Lemak ..................................................... ........................................................................... ......................... ... 6 2.1.3.Sifat-sifat Asam Lemak ............................................................. ............................................................................... .................. 8 2.2. Soal 2 : Jelaskan pula sumber dan pemanfaatan dari Asam Lemak. ........... 9 2.3. Soal 3 : Faktor apa sajakah yang menentukan kandungan dan kualitas Asam Lemak dari sumber hayati? .......................................... ............................................................... ....................... .. 10 2.4. Soal 4 : Bagaimana proses pembuatan Asam Lemak baik secara se cara hayati maupun secara komersil di industri? .......................................... .............................................................. .................... 10
2.4.1.Proses Pembuatan Asam Lemak Secara Hayati......................................... Hayati......................................... 10 2.4.2.Proses Pembuatan Asam Lemak Secara Komersil di Industri ................... 11 2.5. Soal 5 : Parameter proses penting apa sajakah yang perlu diperhatikan dalam proses pembuatan Asam Lemak tersebut? ......................................... .........................................14 2.6. Soal 6 : Bagaimana perkembangan pemanfaatan Asam Lemak saat ini di dunia dan di Indonesia? .......................................... ............................................................... ......................................... ....................15
2.6.1. Perkembangan pemanfaatan Asam Lemak di Dunia ................................ ................................ 15 2.6.2. Perkembangan pemanfaatan Asam Lemak di Indonesia .......................... .......................... 15 2.7. Soal 7 : Metode atau teknologi t eknologi apa yang sedang dikembangkan untuk meningkatkan perolehan Asam Lemak? ........................................... ........................................................ .............16
2.7.1. Strategi I .................................... .......................................................... ............................................ .......................................... .................... 18 2.7.2. Stategi II .................................... .......................................................... ............................................ .......................................... .................... 22 BAB III KESIMPULAN.......................................... ............................................................... ........................................... ................................... ............. 29 DAFTAR PUSTAKA ........................................... ................................................................. ............................................ ...................................... ................ 30
3
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang
Pemanfaatan asam lemak telah menyebar luas di seluruh dunia. Asam lemak biasanya digunakan digunakan pada sejumlah end-use industri. Pertumbuhan ekonomi dari industri ini sering menjadi sebuah indikator yang baik untuk menunjukkan kondisi ekonomi dalam suatu negara. Pada tahun 2014, Asia merupakan daerah penghasil asam lemak terbesar di dunia, yaitu sebanyak 49% dari total produksi asam lemak dari seluruh negara. Apabila produk asam lemak negara Malaysia, Cina, Indonesia, dan India digabungkan, maka total produksinya dapat mencapai 91% dari seluruh produsi asam l emak yang ada di Asia (IHS Markit, 2015). Oleh karena itu, merupakan suatu kenyataan yang tidak dapat dipungkiri bahwa Indonesia pun juga sangat berkembang berkembang di bidang ini. Asam lemak dapat ditemukan pada berbagai minyak nabati maupun hewani. Sumber minyak hewani dapat berasal dari ikan, daging sapi, jeroan, dan lain lain, sementara sumber minyak nabati yang terbesar berasal dari minyak tumbuhan berbiji, seperti: biji kedelai, bunga matahari, dan kapas. Sumber minyak nabati yang lain dapat berasal dari kelapa sawit. Indonesia merupakan negara yang terkenal akan produksi minyak kelapa sawitnya. Komposisi asam lemak berbeda-beda pada setiap sumber. Minyak kelapa sawit, gemuk, dan minyak babi memiliki asam lemak jenuh yang panjang (seperti : asam palmitat dan asam stearat) dan asam oleat monounsaturated, sementara minyak dari biji kedelai merupakan sumber dari asam linoleat dan minyak canola dan bunga matahari merupakan sumber dari asam oleat (Cermak et al., 2012). Apabila asam lemak diolah dengan berbagai proses yang berbeda, maka asam lemak ini dapat menghasilkan berbagai produk turunan yang berbeda pula. Berbagai produk akhir turunan asam lemak, antara lain: sabun, detergen, kosmetik, dan lain-lain. Asam lemak itu sendiri dapat dibuat melalui proses hidrolisis molekul trigliserida dari lemak dan minyak dalam air untuk menghasilkan gliserin, sebesar 10% dan campuran dari asam lemak. Treatment dapat dilakukan dengan menggunakan proses Twitchell atau proes Colgate-emery. Namun, diketahui bahwa asam lemak yang dihasilkan dari proses
4
Colgate-Emery menghasilkan warna yang lebih terang apabila dibandingkan dengan proses Twitchell (Cermak et al., 2012). Berbagai teknologi telah dikembangkan untuk meningkatkan produksi asam lemak, salah satu teknologi yang sedang berkembang di bidang ini adalah metabolism engineering. Mikroorganisme yang dapat mengakumulasi lipid lebih dari 20% dari biomassanya sebagai trigliserisa (TAG) dikenal dengan nama mikroorganisme oleaginous (Nicaud, 2012). Salah satu ragi oleaginous yang memiliki susunan metabolisme dan genom yang tepat untuk dapat diteliti lebih lanjut adalah Yarrowia lipolytica, namun strain ini memiliki kelemahan yaitu hanya bisa mengakumulasi 40% lipid dari massa sel ker ingnya dan strain ini tidak mampu mengkonsumsi biomassa lignoselulosa dan pati. Di balik kelemahannya tersebut, Yarrowia lipolytica memiliki kemampuan untuk mendegradasi protein dan lipid. Hal ini bisa dilihat dari produksi lipolitik dan proteolitik ekstraseluler yang dihasilkannya (Nicaud, 2012). Strain Yarrowia lipolytica biasanya terdapat dalam produk olahan susu, seperti: keju, yogurt, dan sausages. Strain ini juga banyak terdapat dalam media yang kaya akan lipid (seperti: saluran pembuangan dan media lain yang telah terkontaminasi minyak) dan media yang memiliki kadar garam yang tinggi (seperti: air l aut) (Nicaud, 2012). Terdapat dua strategi yang dikembangkan oleh Ledesma-Amaro, et al. (2016) untuk meningkatkan produksi asam lemak pada Yarrowia lipolytica. Strategi pertama adalah dengan meningkatkan sekresi asam lemak dengan cara mengarahkan fluks yang melalui lipid netral. Strategi ini tentunya mampu meningkatkan produksi total lipid dan dapat mengalahkan produksi lipid ekstraseluler dari versi tanpa rekayasa (WT). Lebih lanjut lagi terdapat beberapa pengembangan setelah merekayasa strain Yarrowia lipolytica, salah satunya adalah dengan menambahkan 15% dodekana sebagai lapisan organik (in situ). Hal ini tentunya dapat lebih meningkatkan sekresi asam lemak (Ledesma-Amaro et al., 2016). Strategi lain yang dikembangkan oleh Ledesma-Amaro, et al. (2016) adalah S trategi II.
Strategi ini dilakukan dengan merekayasa genetika untuk meningkatkan titer dan sekresi asam lemak. Lebih jauh lagi, peningkatan produksi dan ekstraksi lipid dilakukan melalui pemisahan asam lemak secara in situ. Pemisahan FFA dengan pelarut organik terbukti dapat menghasilkan asam lemak dengan jumlah yang cukup baik, yaitu sebesar 84,3±5,5% dengan menggunakan dekana dan 89,2±2,0% dengan menggunakan dodekana.
5
1.2. Tujuan Pembahasan
Tujuan dari pembahasan makalah ini, antara lain: 1. Mengetahui pengertian, jenis-jenis, dan sifat-sifat dari asam lemak 2. Mengetahui sumber dan pemanfaatan dari asam lemak 3. Mengetahui faktor-faktor yang menentukan kandungan dan kualitas asam lemak dari sumber hayati 4. Mengetahui proses pembuatan asam lemak baik secara hayati maupun secara komersil di industri 5. Mengetahui parameter yang perlu diperhatikan dalam proses pembuatan asam lemak 6. Mengetahui perkembangan pemanfaatan asam lemak saat ini di dunia dan di Indonesia 7. Mengetahui lebih jelas tentang teknologi yang sedang dikembangkan untuk meningkatkan perolehan asam lemak.
6
BAB II SOAL DAN PEMBAHASAN
2.1. Soal 1 : Apa yang anda ketahui tentang pengertian, jenis-jenis, dan sifat-sifat dari Asam Lemak? 2.1.1. Pengertian Asam Lemak
Asam lemak adalah asam organik yang terdapat sebagai ester trigliserida atau lemak, baik yang berasal dari hewan maupun tumbuhan. Asam lemak adalah asam karboksilat yang mempunyai rantai C panjang. Asam lemak atau asil lemak ialah istilah umum yang digunakan untuk menjabarkan bermacam-ragam molekul-molekul yang disintesis dari polimerisasi asetil-KoA dengan gugus malonil-KoA atau metilmalonil-KoA di dalam sebuah proses yang disebut sintesis asam lemak. Asam lemak terdiri dari rantai hidrokarbon yang berakhiran dengan gugus asam karboksilat; penyusunan ini memberikan molekul ujung yang polar dan hidrofilik, dan ujung yang nonpolar dan hidrofobik yang tidak larut di dalam air. 2.1.2. Jenis-jenis Asam Lemak
Asam lemak bebas (ALB) adalah suatu asam yang dibebaskan pada proses hidrolisis lemak oleh enzim. Proses hidrolisis dikatalisis oleh enzim lipase yang juga terdapat dalam buah, tetapi berada diluar sel yang mengandung minyak. Jika dinding sel pecah atau rusak karena proses pembusukan atau karena pelukaan mekanik, tergores atau memar karena benturan, enzim akan bersinggungan dengan minyak dan reaksi hidrolisis akan berlangsung dengan cepat sehingga membentuk gliserol dan asam lemak bebas. Berdasarkan jenis ikatannya, terdapat dua jenis asam lemak, antara lain: 1. Asam lemak jenuh Asam lemak jenuh merupakan asam karboksilat rantai panjang dengan panjang rantai 12 hingga 24 dan tidak berikatan rangkap. As am lemak jenuh hanya memiliki ikatan tunggal, sehingga masing-masing atom karbon dalam rantai mengikat dua atom hidrogen kecuali karbon omega yang memiliki tiga atom hidrogen pada ujungnya (Salirawati, 2007). Contoh dari asam lemak jenuh dapat dilihat pada Tabel 2.1.
7
Tabel 2.1. Contoh Asam Lemak Jenuh
Nama Asam Lemak Jenuh
Rumus Struktur
Sumber Asam Lemak
Asam kaprilat
CH3(CH2)6COOH
Mentega
Asam kaprat
CH3(CH2)8COOH
Mentega
Asam laurat
CH3(CH2)10COOH
Minyak kelapa, kayu manis
Asam miristat
CH3(CH2)12COOH
Pala, biji kelapa sawit, minyak kelapa
Tabel 2.1. Contoh Asam Lemak Jenuh (lanjutan)
Nama Asam Lemak Jenuh
Rumus Struktur
Sumber Asam Lemak
Asam palmitat
CH3(CH2)14COOH
Semua lemak hewan & tumbuhan
Asam stearat
CH3(CH2)16COOH
Semua lemak hewan & tumbuhan
Asam arakhidrat
CH3(CH2)18COOH
Minyak kacang tanah
Asam bahenat
CH3(CH2)20COOH
Biji-bijian
2. Asam lemak tak jenuh Asam lemak tak jenuh merupakan asam karboksilat rantai panjang yang memiliki satu atau lebih ikatan rangkap antar dua karbon. Dua atom karbon yang terikat pada atomatom karbon yang berikatan satu sama lain mempunyai konfigurasi cis-tra ns.
Asam lemak tak jenuh konfigurasi Cis Konfigurasi cis berati atom hidrogen berada dalam sisi yang sama pada atom karbon ikatan rangkap. Kekakuan ikatan rangkap membekukan konformasinya. Konfigurasi cis menyebabkan bengkoknya rantai dan mencegah bebasnya asam lemak untuk berkonformasi. Ikatan rangkap konfigurasi cis mempunyai fleksibilitas yang rendah. Asam lemak tak jenuh yang memiliki ikatan konfigurasi cis disebut dengan lemak cis.
Asam lemak tak jenuh konfigurasi Trans Konfigurasi trans berarti atom hidrogen berada dalam sisi yang bersebrangan pada atom karbon berikatan rangkap. Asam lemak tak jenuh dengan
8
konfigurasi trans tidak terlalu bengkok, dan bentuknya hampir sama dengan asam lemak jenuh. Asam lemak dengan konfugurasi trans tersebut disebut lemak trans. Pada asam lemak tak jenuh alami, masing-masing ikatan rangkap mempunyai tiga n atom karbon setelahnya, untuk beberapa n, semuanya berikatan rangkap cis. Sebagian besar asam lemak yang memiliki konfigurasi trans (lemak trans) tidak terdapat di alam. Contoh dari asam lemak jenuh dapat dilihat pada Tabel 2.2. Tabel 2.2. Contoh Asam Lemak Tak Jenuh
Nama asam lemak tak
Rumus struktur
jenuh Asam miristoleat
CH3(CH2)3CH=CH(CH2)7COOH
Asam palmitoleat
CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH
Asam sapienat
CH3(CH2)8CH=CH(CH2)4COOH
Asam oleat
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH
Asam elaidat
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH
Asam vaksenat
CH3(CH2)5CH=CH(CH2)9COOH
Asam linoleat
CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
Asam linoelaidat
CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
Asam α linoleat
CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
2.1.3. Sifat-sifat Asam Lemak
Asam lemak merupakan asam lemah, dan dalam air terdisosiasi sebagian. Umumnya berfase cair atau padat pada suhu ruang (27 °C). Semakin panjang rantai C penyusunnya, semakin mudah membeku dan juga semakin sukar larut. Asam lemak jenuh bersifat lebih stabil (tidak mudah bereaksi) daripada asam lemak tak jenuh. Ikatan ganda pada asam lemak tidak jenuh mudah bereaksi dengan oksigen (mudah teroksidasi). Karena itu, dikenal istilah bilangan oksidasi bagi asam lemak. Sifat asam lemak ditentukan oleh rantai hidrokarbonnya. Lemak pada hewan pada umumnya berupa zat padat pada suhu ruangan, sedangkan lemak yang berasal dari tumbuhan berupa zat cair. Lemak yang mempunyai titik lebur tinggi mengandung asam lemak tidak jenuh, sedangkan lemak cair atau yang biasa disebut minyak mengandung asam lemak tidak jenuh. Sebagai contoh tristearin, yaitu ester gliserol dengan tiga molekul asam
9
oleat, mempunyai titik lebur 71 derajat celcius, sedangkan triolein yaitu ester gliserol dengan tiga molekul asam oleat, mempunyai titik lebur -17 derajat celcius. Lemak hewan dan tumbuhan mempunyai susunan asam lemak yang berbeda-beda. Asam lemak berantai jenuh yang mengandung 1 sampai 8 atom berupa cairan sedangkan lebih dari 8 atom karbon berupa padatan. Asam stearat mempunyai titik cair 70 derajat celcius tetapi dengan adanya satu saja ikatan tak januh seperti pada asam oleat, titik cairnya menurun sampai 14 derajat celcius. Dengan tambahan beberapa ikatan rangkap, titik cair bisa lebih rendah lagi (Poedjiadi, 1994). Keberadaan ikatan ganda pada asam lemak tak jenuh menjadikannya memiliki dua bentuk: cis dan trans. Semua asam lemak nabati alami hanya memiliki bentuk cis (dilambangkan dengan "Z"). Asam lemak bentuk trans (trans fatty acid , dilambangkan dengan "E") hanya diproduksi oleh sisa metabolisme hewan atau dibuat secara sintetis. Akibat polarisasi atom H, asam lemak cis memiliki rantai yang melengkung. Asam lemak trans karena atom H-nya berseberangan tidak mengalami efek polarisasi yang kuat dan
rantainya tetap relatif lurus. Ketengikan ( rancidity) terjadi karena asam lemak pada suhu ruang dirombak akibat hidrolisis atau oksidasi menjadi hidrokarbon, alkanal, atau keton, serta sedikit epoksi dan alkohol (alkanol). Bau yang kurang sedap muncul akibat campuran dari berbagai produk ini. Asam lemak pada umumnya bersifat semakin reaktif terhadap oksigen dengan bertambahnya jumlah ikatan rangkap pada rantai molekul. Sebagai contoh asam linoleat akan teroksidasi lebih mudah dari pada asam ole at pada kondisi yang sama. Di samping itu variasi stabilitas lemak terhadap proses oksidasi dipengaruhi oleh perbedaan sumber lemak. 2.2. Soal 2 : Jelaskan pula sumber dan pemanfaatan dari Asam Lemak.
Terdapat dua jenis sumber asam lemak yaitu yang berasal dari hewan dan juga berasal dari tumbuhan (nabati). Contoh asal lemak yang berasal dari tumbuhan yaitu kelapa sawit, kelapa, jagung, kedelai, biji jarak dan biji bunga matahari. Tidak hanya berasal dari makhluk hidup, asam lemak sintetik juga dapat diperoleh dari industri petrochemical. Pemanfaatan asam lemak memegang peranan penting dalam industri oleokimia. Konsumsi asam lemak untuk berbagai industri digunakan pada industri ban, sepatu, PVC, kosmetika, softener, fatty alcohol, sabun, obat-obatan dan lain sebagainya. Skema pemanfaatan asam lemak ditunjukkan pada Gambar 2.1.
10
Gambar 2.1. Skema Pemanfaatan Asam Lemak 2.3. Soal 3 : Faktor apa sajakah yang menentukan kandungan dan kualitas Asam Lemak dari sumber hayati?
Kandungan dan kualitas asam lemak ditentukkan oleh faktor tertentu. Untuk asam lemak yang bersumber dari hewan, kandungan dan kualitas asam lemak dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti jenis pakan ternak, kualitas pakan ternak, kuantitas pakan ternak, kebersihan ternak, dan lain sebagainya. Sedangkan untuk asam lemak yang bersumber dari tumbuhan (nabati), kualitas asam lemak dapat dipengaruhi faktor seperti, kondisi tanah, keadaan tanah, penggunaan pupuk, kualitas air, curah hujan, kualitas tanah, dan lain sebagainya. 2.4.Soal 4 : Bagaimana proses pembuatan Asam Lemak baik secara hayati maupun secara komersil di industri? 2.4.1. Proses Pembuatan Asam Lemak Secara Hayati
Proses pembuatan asam lemak yang terjadi secara alamiah yang biasa terjadi pada tumbuhan atau hewan. Proses biokimia sintesis asam lemak pada hewan dan tumbuhan relatif sama. Hanya yang berbeda pada tumbuhan dimana mampu membuat sendiri kebutuhan asam lemaknya, tetapi tidak semua hewan yang mampu untuk melakukan hal
11
tersebut. Asam lemak yang harus dipasok dari luar ini dikenal sebagai asa m lemak esensial karena tidak memiliki enzim untuk menghasilkannya. Biosintesis asam lemak alami merupakan cabang dari daur Calvin, yang memproduksi glukosa dan asetil -KoA. Proses berikut ini terjadi pada daun hijau tumbuh- tumbuhan dan memiliki sejumlah variasi. Kompleks-enzim asilsintase III (KAS-III) memadukan malonil-ACP (3C) dan asetil-KoA (2C) menjadi butiril-ACP (4C) melalui empat tahap (kondensasi, reduksi, dehidrasi, reduksi) yang masing-masing memiliki enzim tersendiri. Contoh proses pembuatan asam lemak secara hayati : Sintesis asam lemak (palmitat, C16) Dimulai dari pembentukan Malonil KoA dari Asetil KoA dan bikarbonat, reaksi ini memerlukan satu ATP per reaksi. Lalu tahap selanjutnya adalah sebagai berikut
:
1. Kondensasi : Asetil KoA akan ditambahkan lagi untuk berkondensasi dengan malonil KoA, membentuk asetoasetil-ACP dan menghasilkan CO2, reaksi ini dikatalis oleh enzim ketoasil-ACP sintase. 2.
Reduksi : Gugus karbonil. Asetoasetil-ACP yang terbentuk kemudian akan mengalami reduksi oleh NADPH membentuk β-hidroksibutiril-ACP, reaksi ini dikatalis oleh enzim ketoasil-ACP reduktase.
3. Dehidrasi : Air akan dikeluarkan dari β -hidroksibutiril-ACP, membentuk ikatan rangkap, trans ∆2-butenoil-ACP, reaksi ini dikatalis oleh β-hidroksiasil-ACP dehidratase 4. Reduksi : ikatan rangkap. Terakhir, ikatan rangkap pada
∆
2
-butenoil-ACP akan direduksi
NADPH menjadi butiril ACP, dengan enzim enoil-ACP reduktase. Ini merupakan produk berkarbon 4. Reaksi ini akan berlangsung terus menerus dengan penambahan malonyl KoA ke produk hasil reaksi tersebut, membuat satu siklus reaksi akan menghasilkan 2 karbon tambahan, hingga terbentuk 16 karbon, palmitat, reaksi baru akan berhenti dan produk dikeluarkan. 2.4.2. Proses Pembuatan Asam Lemak Secara Komersil di Industri
Proses pembuatan asam lemak yang dilakukan di industri-industri asam l emak yang dilakukan dengan menggunakan alat-alat dan metode tertentu yang bertujuan untuk kepentingan komersil. Beberapa teknik dalam proses pembuatan asam lemak di industri
12
Twitchell Splitting
Gambar 2.2. Proses Twitchell Splitting Splitting dilakukan pada tangki terbuat dari logam monel yang dioperasikan
secara batch dengan kondisi operasi pada suhu 100-105 ℃ dan tekanan atmosferik. Minyak dilarutkan dengan air (30-35%) dan katalis H 2SO4 (2-4%) pada suhu 60 oC. Setelah 1 jam, steam hingga mencapai suhu 93 oC. Setelah itu mineral asam dihilangkan dan menambahkan 0.5% katalis H 2SO4, 0.75-1.25% Twitchell catalyst dan 25-50% air. Twitchell catalyst yang digunakan adalah benzenestearosulfonic acid, Hidrolisis ini dilakukan dengan menggunakan steam selama 20-48 jam.
Autoclave Batch Splitting
Gambar 2.3 Proses Autoclave Batch Splitting
13
Metode ini merupakan yang paling banyak digunakan dalam industri pembuatan asam lemak. Teknik ini bisa dilakukan tanpa menggunakan katalis di dalam reaktor autoclave yang terbuat dari stainless-steel. Reaktor ini bersifat kontinyu dan dilakukan
pada suhu 150-175oC jika menggunakan katalis. Minyak, air (30-60%) dan katalis (1-2%) dicampurkan dan steam hingga mencapai suhu 150-175 oC selama 5-10 jam. Jika tidak menggunakan katalis, suhu mencapai 230 oC selama 2-3 jam.
Setelah itu, dilakukan
pemisahan asam lemak dengan glyserol. Asam lemak yang telah disintesis dicuci dengan asam dan didapatkan asam lemak murni dan tak murni. Jika dalam proses tidak menggunakan katalis, konversi mencapai 95-98%
Continuous Splitting
Gambar 2.4.2 Continuous Splitting
Metode ini terbilang baru dan mempunyai banyak resiko dalam pengoperasiannya. Reaktor yang digunakan terbuat dari stainless-steel dan bersifat kontinyu pada suhu 240250℃ selama 1-2 jam. Hasil yang diperoleh pada teknik ini mempunyai nilai konversi mencapai 97-99%. Metode ini tidak menggunaka katalis dalam proses nya. Tetapi jika menggunakan katalis, maka produk harus dimurnikan.
14
2.5. Soal 5 : Parameter proses penting apa sajakah yang perlu diperhatikan dalam proses pembuatan Asam Lemak tersebut?
Parameter-parameter yang harus diperhatikan dalam proses pembuatan as am lemak : a. Secara hayati
Media tumbuh Semakin
banyak
glukosa
maka
akan
semakin
baik
bagi
pertumbuhan
mikroorganisme penghasil asam lemak.
Tingkat kematangan buah (contoh : pembuatan minyak kelapa sawit di industri) Kandungan minyak pada buah tergantung kepada kematangan buah, dimana kandungan minyak pada buah akan maksimum jika buah sudah benar-benar matang, dan kandungan minyaknya akan sedikit jika buah belum matang.
Varian spesies Berbagai jenis strain menghasilkan asam lemak dengan jumlah kandungan yang berbeda. Strain terekayasa yang mampu menghasilkan sekresi asam lemak terbaik adalah strain yang menghambat pembentukan asetil CoA, penghambat aktivasi, mengandung TGL 4 berlebih, DGA 2 berlebih, Kl TGL 3 berlebih.
Penambahan organic layer Penambahan fasa organik berupa alkana (dekana dan dodekana 10%) dapat mendorong
strain/Y.lipolytica
mensekresikan
asam
lemak
lebih
besar
dibandingakan dengan tidak menambahkan fasa organik. Terutama jika strain dikultivasikan dalam bioreaktor b. Secara Industri
Suhu dan waktu Semakin tinggi suhu dan waktu reaksi hidrolisis, maka niai konversinya juga semakin tinggi.
Tingkat kematangan buah (contoh : pembuatan minyak kelapa sawit di industri) Kandungan minyak pada buah tergantung kepada kematangan buah, dimana kandungan minyak pada buah akan maksimum jika buah sudah benar-benar matang, dan kandungan minyaknya akan sedikit jika buah belum matang.
Bahan reaktor Bahan lapisan reaktor yang terbuat dari bahan logam yang tidak mudah terokdisasi lebih banyak digunakan dalam proses.
15
2.6. Soal 6 : Bagaimana perkembangan pemanfaatan Asam Lemak saat ini di dunia dan di Indonesia?
2.6.1. Perkembangan pemanfaatan Asam Lemak di Dunia
Asia merupakan wilayah yang memproduksi asam lemak terbesar di dunia. Malaysia, China, Indonesia, dan India memproduksi total asam lemak 91% dari produksi asam lemak Asia. Indonesia dan Malaysia merupakan pemimpin pemroduksi minyak kelapa sawit di Dunia dan memiliki keuntungan tersedianya bahan baku yang melimpah. Pemanfaatan asam lemak dunia pada berbagai industry seperti industri peralatan rumah tangga, karet, plastik dan detergent. Konsumsi asam lemak dunia pada tahun 2014 dapat dilihat pada skema gambar di bawah ini:
Gambar 2.6.1. Konsumsi asam lemak alami Dunia (Sumber: IHS Markit., 2015)
Pemanfaatan utama asam lemak di Asia adalah produksi sabun, sedangkan Amerika Utara pemanfaatannya lebih ke peralatan rumah tangga, karet, automotive dan konstruksi. 2.6.2. Perkembangan pemanfaatan Asam Lemak di Indonesia
Fokus persebaran industri oleokimia Indonesia didominasi di Sumatera Utara. Total kapasitas industri oleokimia di Indonesia mencapai 1,599 juta ton per tahun. Terdapat 9 pemain besar di antaranya PT Musim Mas dengan kapasitas 450 ribu ton per tahun, PT Ecogreen 419 ribu ton per tahun, PT Wilmar Nabati Indonesia 132 ribu ton per tahun
16
Pada Januari 2017 diberitakan dalam Industri.co id, bahwa Investor Jepang yang bergerak di bidang hilirisasi kelapa sawit menyatakan siap berinvestasi 90 juta dolar AS (Rp1,2 triliun) untuk membangun pabrik "fatty acid" (asam lemak) di Dumai, Riau. Pemanfaatan yang paling dominan di Indonesia adalah untuk industri sabun, kosmetik, mknyak goreng.
Gambar 2.6. Perkembangan berbagai produk dari Minyak kelapa sawit (Sumber: Commercial Global Data Research., 2016)
2.7.Soal 7 : Metode atau teknologi apa yang sedang dikembangkan untuk meningkatkan perolehan Asam Lemak?
Teknologi yang dibahas pada jurnal referensi adalah bagaimana teknik untuk mendapatkan asam lemak dengan memanfaatkan metabolisme asam lemak pada makhluk hidup dalam hal ini mikroorganisme Yarrowia lipolytica. Strain ini dipilih karena merupakan alternatif yang menjanjikan sebagai pengganti sumber daya fosil untuk produksi bahan kimia dan bahan bakar.
17
Selain itu, dengan menggunakan mekanisme dalam metabolisme Yarrowia lipolytica kita dapat menyelesaikan dua masalah utama dalam memproduksi bio oil jenis microbial oils, yaitu:
1. Penghilangan keterbatasan sterik pada intraseluler, dan 2. Persentase recovery produk yang tinggi Sebagai upaya untuk mengatasi permasalahan-permasalahan ini, telah dilakukan sebuah penelitian oleh Ledesma-Amaro, et al. (2016) mengenai metabolism engineering. Penelitian ini melibatkan dua strategi penting untuk mereka yasa strain Yarrowia lipolytica. Sebelum membahas kedua strategi penting tersebut, ada baiknya membahas strain Wild Type
secara singkat , dimana strain ini berfungsi sebagai kontrol atau standar
perbandingan strategi-strategi lainnya. Dalam sel mikroba terdapat kontrol yang ketat antara asam lemak bebas dengan Fatty acyl-CoA. Aktivasi asam lemak bebas dengan CoA dilakukan oleh FAA1 hal ini bertujuan untuk menghindari toksisitas yang berhubungan dengan asam lemak bebas. Dalam pengerjaannya, dibuat 3 macam strains
Strain Wild type sebagai kontrol
Strain deleted FAA1, Δfaa1
Strain kombinasi Δfaa1 dengan deleted MFE1, Δmfe1 menjadi strain Δfaa1 Δmfe1
Penghilangan FAA1 dimaksudkan untuk menyeimbangkan pool FFA-Acyl CoA terhadap produksi asam lemak bebas. Komposisi media dan perbandingan Karbon/ Nitrogen sangat berpengaruh pada produksi lipid. sehingga strain Δfaa1 dan strain Δfaa1 Δmfe1 diuji dengan menggunakan strains Wild Type sebagai kontrol pada media berbeda, yaitu :
YPD ( rich media )
YNB (minimal media dengan perbandingan C/N yang berbeda) YNB (C/N= 2), YNB30 (C/N= 30), dan YNB60 (C/N= 60)
Dengan pengujian sebagai berikut:
Analisis kuantitatif gula dan asam menggunakan HPLC
Analisis kuantitatif lipid menggunakan Gas Chromatography
Penentuan kelas lipid menggunakan HPLC
Uji mikroskopik menggunakan Nomarski microscopy
18
Gambar 2.7 Hasil Percobaan untuk Wild Type (Sumber: Ledesma-Amaro et al., 2016)
Hasilnya dapat disimpulkan bahwa jumlah asam lemak bebas banyak ditemukan pada media YNB60 (Gambar 2.8 a ). Profil asam lemak dari lipid tersekresi ini terlihat berbeda. Mutan Δfaa1 menunjukkan jumlah asam lemak jenuh yang lebih tinggi pada fraksi 16: 0. Sedangkan profil normal ditemukan pada mutan kombinasi Δfaa1Δmfe1(Gambar 2.8b ). Dari hasil analisis produksi FFA terhadap waktu ditemukan sekresi asam lemak tinggi terjadi pada stasioner akhir (Gambar 2.8c ) yaitu mencapai produksi maksimum 1,1 g/L setelah 6 hari. Kekeruhan yang terlihat pada (Gambar 2.8d ) menunujukan adanya asam lemak bebas. Sedangkan agregasi lipid ditemukan dengan mikroskop Nomarski (Gambar 2.8e ). Dimana pada gambar I merupakan kultur broth dengan sel sebelum sentrifugasi, dan gambar II merupakan supernatant setelah sentrifugasi dimana han ya lipid yang ditemukan. 2.7.1. Strategi I
Strategi I dilakukan dengan meningkatkan sekresi asam lemak dengan cara mengarahkan fluks yang melalui lipid netral (TAG dan SE). Terdapat beberapa istilah yang digunakan pada strategi I, antar a lain:
PL: Phospholipid
TAG: Triacylglycerol atau lemak pada umumnya
SE: Steryl esters
FFA: Free faty acid
19
Sedangkan DGA,TGL,FFA1 adalah nama-nama enzim yang akan diuraikan pada penjelasan lebih lanjut. Dua tujuan yang ingin diperoleh dari strategi I, antara lain:
Optimasi Kennedy pathway dalam menghasilkan lemak (TAG) dengan enzim DGA2 berlebih.
Peningkatan sekresi FFA dengan bantuan enzim TGLs berlebih , dengan kondisi FFA tidak dapat diaktivasi oleh FAA1 (oleh ∆ faa1) ataupun tidak didegradasi/masuk ke dalam jalur beta-oksidasi ( ∆mfe1).
2.7.1.1. Media dan Analisis yang Digunakan Media yang digunakan untuk mendukung keberhasilan strategi I ini adalah YPD rich media. Media ini mengandung 2% glukosa, 2% peptone, dan 1% ekstrak ragi,
sedangkan media yang digunakan untuk meningkatkan lipogenesis adalah YNB60 yang mengandung 6% glukosa. Adapun beberapa analisis yang dilakukan pada strategi ini, antara lain:
Analisis kuantitatif gula dan asam menggunakan HPLC
Analisis kuantitatif lipid menggunakan GC
Penentuan kelas lipid menggunakan HPLC dengan kolom yang dielusi oleh larutan A (acetonitrile:methanol:THF:asam asetat = 500:375:125:4) dan larutan B (methanol:air:asam asetat = 750:250:4)
Uji mikroskopik menggunakan fluorescene microscopy
2.7.1.2. Hasil Rekayasa Strain Yarrowia lipolytica Pada strategi ini strain Yarrowia lipolytica W29 direkayasa menjadi 9 strain. Adapun jenis-jenis strain tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.3. Tabel 2.3. Hasil rekayasa strain Yarrowia lipolytica W29
No
Strain
1
WT
2
∆ faa1 ∆mfe1
3
∆mfe1 DGA2
4
∆ faa1 ∆mfe1 DGA2
5
∆ faa1 ∆mfe1 DGA2 TGL4
20
6
∆ faa1 ∆mfe1 DGA2 ScTGL3
7
∆ faa1 ∆mfe1 DGA2 KlTGL3
8
∆ faa1 ∆mfe1 DGA2 TGL4 ScTGL3
9
∆ faa1 ∆mfe1 DGA2 TGL4 KlTGL3
(Sumber : Ledesma-Amaro et al., 2016)
2.7.1.3. Hasil dan Pembahasan dari Strategi I Yarrowia lipolytica diketahui mampu mengakumulasikan lemak (dalam bentuk
TAG) dalam jumlah besar dari sumber lipid (biasanya PL). Hal ini mengindikasikan adanya aliran/fluks yang tinggi dalam Kennedy pathway (Gambar 2.8), sehingga TAG yang dihasilkan menjadi jauh lebih besar dari metabolism asam lemak biasanya. TGLs (ragi/enzim lipase intraseluler) yang ditambahkan dapat membuat asam lemak bebas (FFA) terlepas dari fosfolipid atau badan lemak.
Gambar 2.8. Metabolisme asam lemak dan strategi pelapasan FFA (Sumber: Ledesma-Amaro et al., 2016)
Kehadiran
diacylglycerol
acyltransferase
( DGA2)
dapat
mengarahkan
pembentukan badan lemak. DGA2 berlebih dikontrol oleh pTEF dan menunjukkan peningkatan hasil lipid intraseluler tetapi jumlah FFA yang disekresikan masih sama (belum meningkat seperti yang duharapkan. Hasil ini menyiratkan saturasi aktivitas dari lipase intraseluler. Sebagai konsekuensi, peneliti membuat TGL4 menjadi berlebih. TGL4 adalah lipase intraseluler aktif dalam Yarrowia lipolytica. Hasilnya sekresi FFA meningkat walaupun sedikit seperti yang ditunjukkan pada G ambar 2.9a.
21
Gambar 2.9. Hasil percobaan dari Strategi I
(Sumber: Ledesma-Amaro et al., 2016) Berbeda dengan lipase intraseluler yang lain, TGL4 dapat berfungsi pada saat fase stasioner akhir sehingga membutuhkan TGL3 untuk aktivasinya. Sehingga TGL3 pun dibuat berlebih dengan menambahkan scTGL3 dari S. cereviseae dan klTGL3 dari K.lactis. Peningkatan asam lemak ekstraseluler berhubungan (berbanding terbalik) dengan reduksi terhadap fraksi intraseluler (Gambar 2. 9a dan 2. 9b). Strain rekayasa ∆ faa1 ∆mfe1 DGA2 TGL4 KlTGL3 menunjukkan performa terbaik dari 8 strain lain yang ada dan
menghasilkan sekresi mencapai 2,8 g/L FFA (Gambar 2. 9b). Pada Gambar 2. 9g bagian kanan dapat dilihat hasil pencitraan mikroskop dari strain rekayasa tersebut. Sementara itu pada Gambar 2. 9c, 2. 9d, dan 2. 9e, dapat dilihat padatan dari strain yang telah termodifikasi. Pada Gambar 2. 9c dapat dilihat supernatant dari strainstrain pada saat 6 hari tumbuh dalam medium YNB60. Gambar 2. 10d dan 2. 9e menunjukkan bagian padatan dari strain tersebut. Hasil yang ditunjukkan pada gambar 2. 9f adalah persentase asam lemak yang berhasil diproduksi, dengan kadar terbesar dimiliki oleh C16 dan C18. Strain yang digunakan dalam Strategi I terbukti dapat mengakumulasikan lipid intraseluler secara paralel sehingga memungkinkan untuk memproduksi total lipid yang lebih tinggi dengan Strategy II. Strain ini juga dapat memproduksi 474 kali leboh besar (>10g/L) lipid ekstraseluler daripada WT dan berhasil mengalahkan produksi maksimum dari lipid sebesar 120% DCW. fStrain ini dapat dijadikan sebagai langkah awal untuk modifikasi lebih lanjut misalnya dalam pengembangan lipogenesis. Perbaikan yang masih
22
perlu dilakukan selanjutnya ialah untuk menghasilkan lonjakan sekresi FFA dan juga pemanenannya. 2.7.1.4. Improvement yang dilakukan pada Strategi I Strain rekayasa ∆ faa1 ∆mfe1 DGA2 TGL4 KlTGL3 dipilih karena terbukti merupakan produsen asam lemak terbaik. Kemudian, strain ini dipelajari lebih lanjut untuk digunakan dalam bioreaktor 5 L. Strain tersebut bersama strain tanpa rekayasa (WT) ditumbuhkan dalam media YNB120 (120 g/L glukosa). Strain rekayasa menghasilkan sekresi mencapai 4,3 g/L asam lemak dengan konversi glukosa menjadi lipid sebesar 0,14 g/g atau 92,4% DCW. Tetapi jika strain rekayasa tersebut ditambahkan 15% dodekana sebagai lapisan organik (in situ), maka sekresi asam lemak melonjak menjadi 10,4 g/L dengan yield 0,2 g/g dan total lipid yang diproduksi sebesar 120,4% DCW (Gambar 2.10b).
Gambar 2.10. Produksi asam emak ekstraseluler dengan bioreactor (Sumber: Ledesma-Amaro et al., 2016)
2.7.2. Stategi II
Strategi 2 dilakukan dengan merekayasa genetika untuk meningkatkan titer dan sekresi asam lemak. 2.7.2.1. Metode dan Bahan
23
a) Komposisi strain dan media Strain Y. Lipolytica yang digunakan pada penelitian ini merupakan derivatif dari tipe wild-type. Media YDP yang digunakan terdiri dari 2% glukosa, 2% pepton, dan 1% ekstrak ragi. Komposisi medium terbagi atas 3 tipe yaitu YNB, YNB30 dan YNB60 yang masing-masing terdiri dari 2,3,dan 6% glukosa untuk meningkatkan reaksi lipogenesis (% wt/vol., Merck, Fontenay-sous-Bois Cedex, France), 0,17% (% wt/vol) ragi berbasis nitrogen (YNBww), 0,15% (wt/vol) NH 4Cl dan larutan buffer fosfat pH 6,8 dengan konsentrasi 50 mM. Larutan alkalin yang ditambahkan pada broth sekitar 10 hingga 15% dari volum total, namun tidak dihitung sebagai faktor pengenceran dari media karena kelarutannya yang sangat rendah pada fase tersebut ( Ledesma-Amaro et. al., 2016). b) Cloning dan strain engineering Heterologous gene atau gen yang memiliki sifat berbeda dengan sifat asli yang
terdapat pada strain disintesis dengan menggunakan optimisasi kodon pada Y. Lipolytica. Ekspresi gen kemudian dikloning dengan kontrol promotor TEF. Daftar heterologous gene yang digunakan ditampilkan pada Tabel 2.4. Endogeneos gene, promotor dan terminator pada proses ini dikloning dengan menggunakan PCR sehingga membentuk overexpression atau deletion pada ekspresi gen (Dulermo et al.,2015;Ledesma-Amaro et al.,2015). Tabel 2.4. Daftar tipe heterologous gene pada masing tipe engineered strain
(Sumber: Ledesma-Amaro et. al., 2016)
c) Pengukuran kadar glukosa dan asam Kadar glukosa dan asam sitrat dilakukan dengan menggunakan HPLC (Ultimate 3000, Dionex-Thermo Fisher Scientific UK) menggunakan kolom Aminex HPX 87 H pada panjang gelombang 210 nm dengan detektor RI. Fasa gerak yang digunakan adalah H 2SO4 0,01 N pada temperatur ruang dengan laju alir 0,6 mL/menit. Sampel sebelumnya disaring
24
menggunakan kertas saring dengan ukuran pori 0.45um. Analisa kuantitatif dilakukan dengan membandingkan pengukuran sample dengan standard (Ledesma-Amaro et. al., 2016). d) Ektraksi dan analisa kuantitatif lipid Lipid dari hasil lipolisis 10-30 mg sel atau dari supernatan hasil lipolisis dikonversi menjadi bentuk metil ester menggunakan freeze-dried cell (Browse et.,al,1986). Sample ini kemudian
dianalisis
dengan
menggunakan
gas
chromatography (GC).
Analis
menggunakan GC Varian 3900 dengan detektor flame ionization dan kolom Varian FactorFour vf-23 ms. Larutan standar
asam lemak yang digunakan adalah FAME32
(supelco). Analisa kuantitatif dilakukan dengan metode internal standard yaitu penambahan 50ug C17:0 dan atu C12:0 (sigma). e) Penentuan jenis lipid Penentuan tipe lipid dilakukan dengan menggunakan HPLC (Ultimate 3000 Corona, Dionex-Thermo Fisher Scientific, UK) dengan kolom C8 (Thermo Scientific) dan detektor Charged Aerosil Detector (CAD). Fasa gerak yang digunakan adalah campuran larutan A(acetonitrile:metanol:THF:asam asetat 500:375:125:4) dengan laju alir 0,8 ml/menit dan larutan B(metanol:air:asam asetat 750:250:4) dengan laju alir 0,8 ml/menit. Komposisi larutan B ditingkatkan dari 0 hingga 100 % dalam waktu 70 menit dan dipertahankan
pada
10
menit
terakhir.
Analisa
kuantitatif
dilakukan
dengan
menginjeksikan fraksi kloroform dari ekstrasi Folch (Ledesma-Amaro et. a l., 2016). f) Analisis Menggunakan Mikroskop Flourescence Jaringan lipid dan extracellular lipid diamati di mikroskop dengan penambahan BodiPy Lipid Probe (2,5 mg/ml dalam etanol) dan inkubasi selama 10 menit pada
temperatur ruang. Mikroskop yang digunakan adalah Zeiss Axio Imager M2 dengan 100x objective dan Zeiss filter 45 dan 46 (Ledesma-Amaro et. al., 2016). g) Bioreaktor fermentasi Inokulum disiapkan menggunakan medium YPD selama 3 hari. Volume akan meningkat hingga 2 kali lipat sehingga volume total menjadi 200 mL. Inokulum biomassa dicuci dari residu medium YPD sebelum ditambahkan ke bioreaktor. Kondisi bioreaktor adalah 800 rpm, 1 vvm dan pH 5,5. Setelah 3 hari agitasi, kecepatan pengadukan dikurangi
25
menjadi 400 rpm untuk membatasi terbentuknya asam asetat. Medium YNB120 terdiri dari (g/L) :120 glukosa, 3,4 YNB w/o asam amino, 3 NH 4CL dalam buffer fosfat pH 6,5 dengan konsentrasi 50 mM. Penambahan dodekana meningkatkan volume total sebesar 15%. Selanjutnya, 1 mL sampel disentrifugasi untuk memisahkan padatan dan supernatan. Supernatan selanjutnya dianalisa dengan menggunakan HPLC untuk mengetahui jumlah gula dan asam organik.Sedangkan padatannya dicuci dan digunakan untuk menentukan dry cell weight (DCW) dan analisa kuantitatif lipid melalui metode gravimetri (Blazeck et al.,2014). 1 mL sampel lainnya juga disentrifugasi, dan supernatan nya digunakan untuk analisa lipofilisasi dan kadar exytacellular lipid. Dodekana yang digunakan selama proses ini dipisa hkan dari supernatan dan sel.
2.7.2.2. Hasil dan Pembahasan Strategi II Sebelum dilakukan pembahasan strategi II, maka terlebih dahulu akan dipaparkan metabolisme lemak pada Yarrowia lipolytica. Metabolisme lipid pada strain ini ditampilkan pada Gambar 2.9. Pada tahap awal, kompleks fatty acid synthesis tipe-1 (FAS1) menghasilkan Acyl-CoA. NADPH yang dibutuhkan pada fatty acid synthesis didapatkan dari siklus oksidasi penthose phosphate (Wasylenko et al., 2015). Fatty acid yang teraktivasi dalam bentuk Acyl-CoA dapat memasuki siklus
Kennedy untuk disimpan sebagai lipid netral dalam bentuk triac ylglycerol (TAG) dan steryl esters (SE). Acyl-coA diiubah menjadi TAG dan SE melalui pathway DGA1 dan DGA2 (Athenstaedt et al.,2006). Kemudian, asam lemak bebas atau free fatty acid (FFA) dapat dihasilkan dari TAG dan SE melalui intracellular lipase yaitu TGL3 dan TGL4 (Dulermo et al., 2013). FFA ini kemudian akan dapat melewati beberapa jalur. Jalur pertama, FFA dapat teraktivasi kembali menjadi Acyl-CoA melalui FAA1. Acyl-CoA dan FAA yang tidak teraktivasi memasuki peroksisom dan didegradasi oleh gen beta-oksidasi (Dulermo dan Nicaud, 2011). Sedangkan pada jalur kedua, FFA yang tidak teraktivasi akan disekresikan keluar sel. Pada strategi II ini akan dilakukan rekayasa genetika pada Yarrowia lipolytica dengan tujuan sebagai berikut: 1. Menghilangkan reaksi pembentukan lipid netral berupa TAG dan SE dengan melakukan deletion pada gen LRO1, DGA, DGA2 dan ARE1.
26
2. Meningkatkan produksi FAA dengan cara melakukan overexpression dan relokasi heterologous acyl-Coa thioesterses melalui mekanisme FAS tipe 2 dan deletion pada gen FAA1 (aktifasi FAA) dan MFE1 (degradasi FAA). Reaksi ini menghasilkan FAA yang bisa langsung disekresi ke sitoplasma (Rottig dan Steinbuchel,2013). Metabolisme dari hasil rekayasa genetika Yarrowia lipolytica dengan strategi II ditampilkan pada Gambar 2.11.
Gambar 2.11. Metabolisme Yarrowia lipolytica berdasarkan strategi II (Sumber: Ledesma-Amaro et. al., 2016)
Hasil dari rekayasa genetik yang dilakukan pada Yarrowia lipolytica ditampilkan pada Gambar 2.12.
Keterangan: ∆faa1
: Deletion of FAA1
∆mfe1
: Deletion of MFE1
27
DGA2
: Overexpression of DGA2
Q4
: Deletion of DGA1, DGA2, ARE1, LRO1
THIOs
: Overexpression of thioestherases
Gambar 2.12. Hasil analisa kuantitatif FFA dari YNB60 selama 6 hari berdasarkan Strategi II (Sumber: Ledesma-Amaro et. al., 2016)
Berdasarkan data pada Gambar 2.12, deletion of Q4 (DGA1, DGA2, ARE1, LRO1) dan FAA1 serta MFE1 menghasilkan FAA intracellular hingga 730 mg/L. Perlakuan Q4 akan menghambat terbentuknya TGA dan SE, sedangkan perlakuan ∆faa1 dan ∆mfe1 akan menghambat terjadinya aktivasi FAA menjadi Acetyl-CoA dan degradasi FAA pada betaoxidation.
Pengaruh berbagai jenis enzim thioestherase dilakukan dengan variasi tipe enzim seperti pada Tabel 2.5. Tabel 2.5. Variasi tipe enzim thioestherase Tipe enzim Thios
Kode
YALI0B05302
m1
YALI0C15230
m2
YALI0C22121
m3
YALI0E18876
c1
YALI0E21472
c2
Rattus norvegicusTEII
Rn
Mus musculus ACOT5
Mm
Deletion of Q4 (DGA1, DGA2, ARE1, LRO1), FAA1, MFE1 dan overexpression
dari Thios menunjukkan kadar extracellular FAA yang lebih tinggi daripada intracellular FAA. Hal ini sesuai dengan prediksi di awal dimana terjadinya akumulasi acetyl-CoA yang merupakan substrat dari enzin thioestherase. Acetyl-Coa pada jalur ini akan dikonversi menjadi FAA dan disekresikan ke sitoplasma. Sedangkan, perlakuan tanpa Q4 menunjukkan kadar intracellular FAA yang lebih tinggi dari extracellular FAA. Hal ini terjadi karena kemungkinan terbentuknya TAG dan SE yang menghasilkan FAA di dala m sel. FAA melalui jalur ini tidak langsung disekresikan ke sitoplasma. Aktivitas enzim thioesterasi yang paling tinggi ditunjukkan oleh tipe Rn. Hal ini disebabkan oleh interaksi langsung antara enzin tersebut dengan fatty acid synthesis (FAS) (Sla bas et al., 1983).
28
2.7.2.3. Pemisahan asam lemak secara in situ untuk peningkatan produksi dan ekstraksi lipid Konsentrasi FAA sangat dihindari karena bersifat beracun. Oleh sebab itu, proses produksi dan ekstraksi berjalan secara paralel. Pemisahan FFA dengan pelarut organik menunjukkan hasil yang cukup baik yaitu 84,3±5,5% dengan menggunakan dekana dan 89,2±2,0% dengan menggunakan dodekana.
29
BAB III KESIMPULAN
Adapun kesimpulan yang dapat ditarik dalam penulisan makalah ini, antara lain: 1. Asam lemak adalah asam organik yang terdapat sebagai ester trigliserida atau lemak, baik yang berasal dari hewan maupun tumbuhan. Asam lemak adalah asam karboksilat yang mempunyai rantai C panjang. 2. Asam lemak bebas (ALB) adalah suatu asam yang dibebaskan pada proses hidrolisis lemak oleh enzim. Berdasakan jenis ikatannya, terdapat dua jenis asam lemak, antara lain: asam lemak jenuh dan asam lemak tak jenuh. 3. Asam lemak merupakan asam lemah, dan dalam air terdisosiasi sebagian. Sifat asam lemak ditentukan oleh rantai hidrokarbonnya. Lemak pada hewan pada umumnya berupa zat padat pada suhu ruangan, sedangkan lemak yang berasal dari tumbuhan berupa zat cair. 4. Proses pembuatan asam lemak dapat dilakukan dengan Twitchell Splitting, Autoclave Batch Splitting, dan Continuous Splitting.
5. Beberapa parameter yang perlu diperhatikan dalam proses pembuatan asam lemak, antara lain: secara hayati diantaranya adalah media tumbuh, Tingkat kematangan buah, varian spesis, Penambahan organic layer, sedangkan secara industri adalah suhu, waktu dan bahan reaktor. 6. Asam lemak telah dimanfaatkan dalam berbagai industri, wilayah Asia cenderung memanfaatkannya untuk produksi sabun, sedangkan Amerika Utara cenderung pada bidang industry peralatan rumah tangga, otomotif, konstruksi dan karet 7. Salah satu teknologi yang sedang dikembangkan untuk meningkatkan produksi asam lemak adalah dengan metabolism engineering. Teknologi ini dilakukan dengan merekayasa strain Yarrowia lipolytica melalui dua jenis strategi. Kedua strategi ini terbukti mampu meningkatkan sekresi asam lemak dalam Yarrowia lipolytica.
30
DAFTAR PUSTAKA
Barus, H. 2017. Investor Jepang Investasi Rp 12.T Bangun Pabrik Asam Lemak. Sumber: http://www.industry.co.id/read/3466/investor-jepang-investasi-rp12-t-bangun pabrik-asam-lemak di akses pada tanggal 5 oktober 2017. Browse, J., McCourt, P.J., Somerville, C. R., 1986. Fatty acid composition of leaf lipidsdetermined after combined digestion and fatty acid methyl ester formation from fresh tissue. Anal. Biochem. 152, 141 – 145. Cermak, S. C., Evangelista, R. L., and Kenar, J. A. 2012. Distillation of Natural Fatty Acids and Their Chemical Derivatives. USA : Intech. Commercial Global Data Research (CDR) . 2016. Penawaran Buku Studi Tentang Kondisi Pasar & Prospek Industri Minyak Sawit Dan Turunannya Di Indonesia. Sumber: http://commercialglobaldataresearch.blogspot.co.id/2016/01/penawaran buku-studi-tentang-kondisi.html di akses pada tanggal 4 Oktober 2017 Dulermo, T., Treton, B., Beopoulos, A., Kabran Gnankon, A.P., Haddouche, R., Nicaud, J.M., 2013. Characterization of the two intracellular lipases of Y. lipolytica encoded by TGL3 and TGL4 genes: new insights into the role of intracellular li pases and lipid body organisation. Biochim. Biophys. acta 1831, 1486 – 1495. Dulermo, R., Gamboa-Melendez, H., Ledesma-Amaro, R., Thevenieau, F., Nicaud, J.M., 2015. Unraveling fatty acid transport and activation mechanisms in Yarrowia lipolytica. Biochim. Biophys. Acta. IHS Markit. 2015. Chemical Economics Handbook : Natural Fatty Acids. Sumber: https://www.ihs.com/products/natural-fatty-acids-chemical-economicshandbook.html, diakses pada tanggal 04 Oktober 2017. Indra,B. Metabolism Lipid Asam Lemak . Sumber : http://bimmedicalscience.blogspot.co.id/2016/01/metabolisme-lipid-asam-lemakdan.html diakses pada tanggal 5 Oktober 2017. Ledesma-Amaro, R., 2015. Microbial oils: a customizable feedstock through metabolic engineering. Eur. J. Lipid Sci. Technol. 117, p. 141 – 144. Nicaud, J. M. 2012. Yarrowia lipolytica. Yeast 29, p. 409-418. Sumber: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/yea.2921/pdf , diakses pada tanggal 04 Oktober 2017. Poedjiadi, A. 1994. Dasar-dasar biokimia. Edisi kedua. Bandung: UI-PRESS. Rottig, A., Steinbuchel, A., 2013. Acyltransferases in bacteria. Microbiol. Mol. Biol.Rev. 77, p. 277 – 321. Salirawati. 2007. Belajar Kimia Menarik . Jakarta: Grasindo.
