## OPTIMASI SINTESIS BIOSURFAKTAN LAURIL AMIDA DARI ASAM LAURAT DAN DIETANOLAMINA MENGGUNAKAN PELARUT HEXANE DAN ENZIM LIPASE TERIMOBILISASI

## OPTIMATION OF SYNTHESIS BIOSURFACTANT LAURIL AMIDE FROM LAURIC ACID AND DIETHANOLAMINE USING HEXANE SOLVENT AND IMMOBILIZIED LIPASE ENZYME
1 Denny Samuel Silaen, 2 Tjahjono Herawan, 1 Zuhrina Masyithah, 1 Hiskia Arapenta Ginting
1 Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Jalan Almamater,Medan, 20155, Indonesia
2 Pusat Penelitian Kelapa Sawit, Jl. Brigjen Katamso No. 51, Medan Maimun, Medan,  20158, Indonesia
Email: dennysamuel96@gmail.com

## Abstrak
Lauril  amida  merupakan  salah  satu  golongan  surfaktan  nonionik  yang  banyak  dibutuhkan  dan berpotensi sebagai surfaktan yang ramah lingkungan. Permasalahan utama dalam sintesis lauril amida adalah  persen  konversi  asam  laurat  yang  belum  tinggi.  Untuk  itu,  optimasi  sintesis  lauril  amida dilakukan  terhadap  tiga  variabel  yang  mempengaruhi  reaksi  amidasi.  Proses  amidasi    dilakukan dengan  mereaksikan  langsung  asam  laurat  dan  dietanolamina  menggunakan  katalis  enzim  lipase terimobilisasi Novozyme 435 ® dengan rasio substrat asam laurat:dietanolamina 1:1; 2:1; 3:1; 4:1; 5:1, jumlah katalis sebanyak 1,8%; 4%; 7%; 10%; 11,8 % berbasis massa asam laurat, serta rasio pelarut 0; 1:1; 2:1; 3:1; 4:1 terhadap massa asam laurat dan direaksikan selama 24 jam dengan suhu reaksi 55 o C serta kecepatan pengadukan 500 rpm. Campuran kemudian dipisahkan dari katalis secara  filtrasi, dimurnikan dengan cara pencucian dengan aseton dan diuapkan pada suhu 90 o C untuk menghilangkan pelarut.  Produk  dianalisis  dengan  melakukan  penentuan  bilangan  asam  untuk  memperoleh  persen konversi  lauril  amida,  penentuan  nilai Hydrophilic  Liphophilic  Balance , spektoroskopi Fourier Transform  Infrared (FT-IR)  dan  penentuan  tegangan  permukaan.  Persen  konversi  optimum  86,18% diperoleh pada kondisi rasio substrat 1:1, konsentrasi enzim Novozyme 435 ® 7% dan rasio pelarut 2:1. Dari hasil analisa surfaktan lauril amida diperoleh nilai HLB 11,93 yang menunjukkan surfaktan lauril amida dapat digunakan sebagai pengemulsi minyak dalam air .
Kata kunci : amidasi, asam laurat, dietanolamina, lipase terimobilisasi, optimasi

## Abstract
Lauril amide is one of nonionic surfactant and has potency to become an ecofriendly surfactant. The main  problem  on  lauril  amide  synthesis  is  the  low  conversion  of  lauric  acid.  Optimation  of  lauril amide  synthesis  is  done  with  three  variabels  which  give  influence  of  amidation  reaction.  One  stage amidation was done by reacting lauric acid with diethanolamine using catalyst Novozyme 435 ® with substrate ratio lauric acid:diethanolamine 1:1; 2:1; 3:1; 4:1; 5:1, amount of  catalyst 1,8; 4; 7; 10; 11,8% from lauric acid total amount, solvent ratio 0; 1:1; 2:1; 3:1; 4:1 from lauric acid total amount and  reacted  for  24  hours  with  temperature  reaction  55 o C  and  500  rpm.  Product  is  separated  from catalyst using filtration method and then purified by washing with acetone and heated at temperature of 90 o C to remove solvent. Product has been analyzed with acid value to obtained percent conversion of lauril amide, determine of Hydrophilic Liphophilic Balance value, spectroscopy Fourier Transform Infrared and  determine  of  critical  micelle  concentrasion.  Percent conversion  optimum  has  obtained 86,16% at condition substrate ratio 1:1, enzyme concentration Novozyme 435 ® 7% and solvent ratio 2:1.  Analysis  result  of  lauril  amide  surfactant  gave  the  hidrophile  liphophile  balance  value  about 11,93, it means that lauril amide surfactant can be used as emultion oil in water.
Keywords : amidation. lauric acid, diethanolamine, lipase imobilizied, optimation

## Pendahuluan
Saat  ini  kebutuhan  surfaktan  di  Indonesia semakin
meningkat seiring
dengan
perkembangan  industri  deterjen,  kosmetik,  dan obat-obatan.  Menurut  peneliti  dari Puslit  Kimia Lembaga  Ilmu  Pengetahuan  Indonesia  (LIPI) Dr. Wuryaningsih data kebutuhan akan penggunaan  surfaktan  di  Indonesia  sekitar
95.000  ton  per  tahun,  sedangkan  kapasitas produksi  dalam  negeri  sekitar  55.000  ton  per tahun  dan  44.500  ton  masih  diimpor  dan diproduksi  dari  bahan  petroleum  yang  tidak ramah  lingkungan.  Oleh  karena  itu  perlu dikembangkan mengenai surfaktan yang berasal dari  bahan  nabati  dan  ramah  lingkungan  [1].
Saat  ini  kebutuhan  surfaktan  di  Indonesia semakin meningkat seiring dengan
perkembangan  industri  deterjen,  kosmetik,  dan obat-obatan. Menurut peneliti terdahulu, kebutuhan  akan  penggunaan  surfaktan  di Indonesia  sekitar  95000  ton  per  tahun, sedangkan  kapasitas  produksi  dalam  negeri sekitar  55000  ton  per  tahun  dan  44500  ton masih  diimpor  dan    diproduksi  dari  bahan petroleum  yang  tidak  ramah  lingkungan.  Oleh karena  itu  perlu  dikembangkan  mengenai surfaktan  yang  berasal  dari  bahan  nabati  dan ramah lingkungan [1].
Salah  satu  surfaktan  yang  dapat  diperoleh dari  minyak  nabati  dan  turunannya  adalah surfaktan  alkanolamida.  Alkanolamida  dapat diperoleh  dari  hasil  reaksi  antara  alkanolamina dengan asam lemak  minyak  nabati, dan banyak digunakan  sebagai  bahan  pangan,  kosmetika, dan  obat-obatan  [8].  Surfaktan  alkanolamida memiliki  karakterisasi  yang  baik  yaitu  mudah diurai  di  alam,  tidak  merusak  kulit,  dan  tingkat toksisitas  yang  rendah  [3].  Asam  lemak  amida adalah salah satu jenis surfaktan non-ionik yang sebagian  besar  digunakan  sebagai  pelumas, detergent, obat-obatan dan kosmetik. Sifat fisika dan    kimia  surfaktan  ini  dapat  dibedakan berdasarkan  panjang  rantai  hidrokarbonnya [10].
Selanjutnya,  dalam  penelitian  ini  akan digunakan dietanolamina sebagai sumber amina serta  satu  jenis  asam  lemak  yaitu  asam  laurat. Pemilihan  dietanolamina  disebabkan  karena alkanolamida yang diperoleh dari dietanolamina merupakan  salah  satu  surfaktan  alkanolamida yang  paling  penting  karena  memiliki  tingkat kepolaran  yang  lebih  baik  dibandingkan  amida lainnya  akibat  adanya  dua  gugus  hidroksil dalam  molekul  alkanolamida  yang  dihasilkan [11].  Permasalahan    utama    dalam    sintesis Lauril Amida yaitu persen konversi asam laurat yang belum tinggi.

## Teori
Surfaktan  memiliki  dua  bagian  struktur molekul.  Pertama  disebut hydrophilic dimana bagian ini dapat larut di dalam air, bagian yang lainnya  disebut liphophilic dimana  bagian  ini tidak  dapat  larut  di  dalam  air  tetapi  dapat  larut dalam  minyak.  Dua  bagian  dari  surfaktan  ini memiliki  tujuan  yang  bersebrangan  dan  dua- duanya terhubung di dalam molekul yang sama, tersusun  sebagai  asimetrik  dan  struktur  polar [6].
Alkanolamida  pertama  kali  diciptakan dengan cara mereaksikan dua mol amina dengan satu mol asam lemak (asam laurat) atau dikenal
dengan  nama kritchevsky  amides .  Biasanya material  yang  digunakan  dapat  berupa  asam lemak, trigliserida atau metil ester, tetapi ketika asam  lemak  yang  digunakan,  maka  akan menghasilkan  produk  samping  berupa  air. Pelarut  yang  lazim  digunakan  dalam  sintesis lauril  amida  adalah  pelarut  non  polar  seperti heksan  atau  tert-amil  alkohol,  karena  tidak melarutkan dietanolamin atau n-metil glukamina. Alkanolamida  dapat  diproduksi  di dalam  dua  cara,  yang  pertama  dengan mereaksikan  asam  lemak  dengan  etanolamine atau dengan mereaksikan ester dengan etanolamine. Reaksi dari asam lemak atau metil ester  dengan  etanolamine  akan  menghasilkan monoetanolamine. Sementara mereaksikan ester dengan dietanolamina akan menghasilkan dietanolamida [5].
Enzim  terimobilisasi  adalah  suatu  enzim yang  diperangkap  dan  dilekatkan  dalam  suatu medium  agar  enzim  dapat  lebih  tahan  terhadap perubahan  kondisi  seperti  pH  atau  temperatur. Sistem  ini  juga  membantu  enzim  berada  di tempat  tertentu  selama  berlangsungnya  reaksi sehingga  memudahkan  proses  pemisahan  dan memungkinkan untuk dipakai lagi dalam reaksi lain [4]. Akhir-akhir ini telah mulai dikembangkan sintesis asam
lemak alkanolamida  secara  enzimatik.  Pada  sintesis enzimatik  biasanya  digunakan  enzim  lipase karena  lipase  memiliki  stabilitas  suhu  yang tinggi  dalam  media  organik  dan  kemampuan enzim  ini  dalam  menerima  berbagai  jenis substrat  [4].  Selain  itu  pada  sintesis  enzimatik pelarut  dan  biokatalis  juga  mudah  dipisahkan dari produk. Pelarut dipisahkan dengan penguapan  pada  tekanan  rendah  sementara biokatalis,  karena  bentuknya  yang  granula  atau terimobilisasi,  dapat  dipisahkan  dari  produk mentah secara filtrasi.

## Metodologi Penelitian Bahan Baku  dan Peralatan
Bahan  baku  utama  dalam  penelitian  ini adalah  asam  laurat,  dietanolamina,  katalis Novozyme 435 ® , heksana, KOH, phenolpthalein, aseton, etanol.
Peralatan  yang  digunakan  pada  penelitian ini  adalah  reaktor, magnetic  stirrer, corong, gelas  ukur,  kertas  saring,  oven,  serta  peralatan gelas.

## Prosedur Reaksi Amidasi
Prosedur  reaksi  amidasi:  Asam  laurat sebanyak 5 g dimasukkan ke dalam reaktor dan dipanaskan  dengan  suhu  55 o C.  kemudian ditambahkan  pelarut  dengan  rasio  0;  1:1;  2:1;
Rasio Pelarut 2 Hold Values Rasio Substrat K o n s e n tr a s i B io k a ta li s 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 12 10 8 6 4 2 > – – – – <  74,0 74,0 76,5 76,5 79,0 79,0 81,5 81,5 84,0 84,0 Konversi
Contour Plot of Konversi vs Konsentrasi Biokatalis; Rasio Substrat
3:1;  4:1  dari  berat  asam  laurat.  Kemudian diaduk  hingga  homogen  pada  kecepatan  500 rpm.  Kemudian  ditambahkan  dietanolamina dengan  rasio  substrat  1:1;  2:1;  3:1;  4:1;  5:1 terhadap  berat  asam  laurat.  Katalis Novozyme 435 ® ditambahkan  pada  campuran  dengan konsentrasi  10%  terhadap  berat  asam  laurat. Kemudian  campuran  direaksikan  selama  24 jam.

## Prosedur Pemurnian
Produk  lauril  amida  dipisahkan  dari biokatalis  dengan  metode  filtrasi,  Kemudian produk  dicuci  dengan  aseton  sebanyak  dua  kali volume  campuran  produk.  Produk  campuran kemudian  dipanaskan  pada  suhu  90 o C  untuk menguapkan heksana dan aseton dalam campuran produk.

## Analisa Hasil Surfaktan Lauril Amida
Analisa  hasil  lauril  amida  meliputi penentuan  bilangan  asam,  penentuan  bilangan penyabunan, penentuan nilai tegangan permukaan  atau Critical  Micelle  Concentration (CMC),  penentuan  identifikasi  senyawa  dengan Spektroskopi  FT-IR,  dan  penentuan  nilai Hidrophylic-Lipophylic Balance (HLB).

## Hasil  Dan Pembahasan Optimasi Sintesis Biosurfaktan Lauril Amida
Untuk  memperoleh  surfaktan  lauril  amida digunakan metode amidasi dengan
mereaksiakan  dietanolamina  dan  asam  laurat menggunakan  pelarut  organik  dan Novozyme 435 ® sebagai  biokatalis.  Ada  tiga  variasi variabel  yang  dipilih  dalam  penelitian  ini  yaitu rasio  substrat,  konsentrasi  biokatalis,  dan  rasio pelarut. Rancangan pada penelitian ini menggunakan metode CCD ( Central Composite Design ).
Tabel  1.  Variabel  dan  level  yang  dikembangkan  untuk sintesis lauril amida Variabel Level terkode variabel -1,68 -1 0 1 1,682 Rasio Substrat (DEA:AL) 1:1 2:1 3:1 4:1 5:1 Konsentrasi Biokatalis(%) 1,8 4 7 10 11,8 Rasio Pelarut (v/v) 0 1:1 2:1 3:1 4:1
Dari  data  penelitian  yang  diperoleh, selanjutnya  dilakukan  analisis  menggunakan
Response Surface Methodology (RSM). Variabel  respon  pada  sintesis  ini  adalah  persen konversi  asam  laurat  dan  variabel  prediktor adalah    rasio  substrat,  konsentrasi  katalis,  dan rasio  pelarut.  Nilai  koefisien  determinasi  (R 2 ) dari hasil analisis sebesar 90,37% menunjukkan
bahwa variabel bebas pada percobaan berpengaruh  pada  variabel  terikat  (%  konversi) sebesar 90,37%.
Pengaruh  Rasio  Substrat  dan  Konsentrasi Biokatalis Terhadap Konversi Lauril Amida
Gambar  1.  Respon  Kontur  dari  Plot  Rasio Substrat  (X 1 ,  mol  AL/DEA)  dan  Konsentrasi Biokatalis  (X 2 ,  w/wAL)  terhadap  konversi  Asam Laurat (Y,%)
Permukaan kontur pada gambar 1
menunjukkan bahwa konversi  maksimum dapat diperoleh  apabila  rasio  substrat  berada  pada perbandingan 1:1, sedangkan konsentrasi biokatalis  7%.  Pada  kondisi  reaksi  ini,  dapat diperoleh  persen  konversi  lauril  amida  sebesar 86,1816%.   Pemilihan enzim  lipase Novozyme ® 435 karena enzim ini lebih tahan  terhadap suhu yang lebih tinggi [9].
Pengaruh  Rasio  Substrat  dan  Rasio  Pelarut Terhadap Konversi Lauril Amida
Rasio Substrat 3 Hold Values Konsentrasi Biokatalis R a s io P e la ru t 12 10 8 6 4 2 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 > – – – <  65 65 70 70 75 75 80 80 Konversi Contour Plot of Konversi vs Rasio Pelarut; Konsentrasi Biokatalis
Gambar  2.  Respon  Kontur  dari  Plot  Rasio Substrat  (X 1 ,  mol  AL/DEA)  dan  Rasio  Pelarut terhadap konversi Asam Laurat (Y,%)
Dari  kontur  pada  gambar  2,  dapat diketahui  bahwa  dengan  kondisi  perbandingan rasio  substrat  1:1  dan  kondisi  perbandingan rasio pelarut 2:1 didapat  konversi  sebesar 86%. Rasio  pelarut  memberikan  pengaruh  yang  lebih besar dari pada rasio substrat dalam pembentukan  surfaktan  lauril  amida,  hal  ini dikarenakan  pelarut  heksana  memiliki  tingkat kepolaran  yang  tinggi  dalam  mensintesis substrat [3].
Pengaruh  Konsentrasi  Biokatalis  dan  Rasio Pelarut Terhadap Konversi Lauril Amida
Gambar  3  Respon  Kontur  dari  Plot  Konsentrasi Biokatalis  (X 2 ,  w/wAL)  dan  Rasio    Pelarut terhadap konversi Asam Laurat (Y,%)
Berdasarkan gambar 3 dapat dilihat bahwa kondisi optimum saat konsentrasi enzim 7% dan rasio  pelarut  terhadap  asam  laurat  sebesar  2:1. konsentrasi  dari  biokatalis  yang  berlebih  atau diatas 10% dari berat substrat tidak berkontribusi secara langsung terhadap peningkatan konversi dari produk yang dihasilkan.

## Analisis Identifikasi Gugus Fungsi
Spektroskopi  FT-IR  merupakan  alat  untuk mendeteksi gugus fungsi suatu senyawa dengan spektrum  infra  merah  dari  senyawa  organik yang  memiliki  sifat  fisik  yang  khas.  Energi radiasi inframerah akan diabsorpsi oleh senyawa  organik  sehingga  molekulnya  akan mengalami  rotasi  atau  vibrasi.  Setiap  ikatan kimia yang berbeda seperti C-C, C-H, C=O, O- H dan sebagainya  mempunyai frekuensi vibrasi
yang berbeda [2]. Adapun  hasil  spektrum lauril amida  yang  diperoleh  ditunjukkan  oleh  gambar 4.
Gambar  4.  Hasil  Spektrum  Lauril  Amida dari Hasil Optimum
Gambar  4  menunjukkan  puncak  resapan pada  daerah  bilangan  gelombang  1735,66  cm -1 yang  menunjukkan  adanya  gugus  CN  untuk senyawa  amida.  Kemudian  diikuti  puncak resapan  pada  daerah  bilangan  gelombang 653,90  cm -1 menunjukkan  adanya  gugus  N-H pada  daerah  bilangan  gelombang  ini  yang menunjukkan sampel mengandung gugus amida. puncak resapan pada bilangan gelombang  2920,83  cm -1 menunjukkan  adanya gugus C-H dan resapan gelombang 1054,81 cm 1 menunjukkan adanya gugus C-O untuk senyawa ester  alifatik.  Adanya  gugus  C=O  dan  C-O  ini menunjukkan  sampel  mengandung  senyawa ester.  Hal  ini  disebabkan  reaksi  sintesis surfaktan  lauril  amida  juga  terdapat  reaksi samping  berupa  terbentuknya  ester  mempunyai tekukan  yang  rendah  untuk  kondisi  operasi  ini, reaksi  samping  yang  terjadi  sedikit.  Muncul resapan  pada  daerah  bilangan  gelombang 2920,83  cm -1 menunjukkan  adanya  gugus  CH dan  munculnya  resapan  pada  daerah  bilangan gelombang  648,08  cm -1 menunjukkan  adanya gugus CH 2 [7].

## Analisis  Karakteristik  Produk  Surfaktan Lauril Amida
Bilangan  asam  menyatakan    jumlah  asam lemak  bebas  yang  terdapat  pada  produk.  Dari hasil  penelitian  diperoleh  bilangan  asam  dari produk    terbaik  adalah  28,53. Bilangan penyabunan  adalah  kemampuan  dari  kalium hidroksida  (KOH)  yang  dibutuhkan  dalam satuan mg untuk menyabunkan 1 g lemak. Hasil
pengukuran bilangan penyabunan dari surfaktan lauril  amida  adalah  130,324. Nilai Hidrophile Liphophile  Balance (HLB)  produk  surfaktan yang  didapatkan  adalah  11,93.  Nilai  dari  HLB ini  menunjukkan  bahwa  surfaktan  lauril  amida dapat  dipergunakan  sebagai  pengemulsi  o/w, surfaktan ini dapat larut dalam air dan didapakai untuk  membuat  emulsi  minyak  dalam  air. Kemampuan  surfaktan  menurunkan  tegangan permukaan  air  dapat  dihitung  dengan  melihat selisih  tegangan  permukaan  air  sebelum  dan sesudah  penambahan  produk  surfaktan  lauril amida yang telah dimurnikan. Dari hasil analisis yang telah dilakukan terhadap hasil produk yang memiliki  konversi  terbaik,  didapat  penurunan tegangan permukaan sebesar 31,4 dyne/cm atau 43,57%.

## Kesimpulan
1. Analisis  pengaruh  variabel  penelitian  yang diolah  menggunakan  software  Minitab memberikan  nilai  R 2 sebesar  90,37% menunjukkan validitas untuk variabel penelitian.
2. Karakteristik  surfaktan  lauril  amida  yang diperoleh  memiliki  bilangan  asam  52,55, bilangan  penyabunan  130,324,  dan  nilai HLB  ( Hydrophile  –  Lipophile  Balance) 11,93.
3. Pada  hasil  identifikasi  lauril  amida,  gugus amida terdapat pada serapan jumlah gelombang  653,90  dan  gugus  ester  terdapat serapan gelombang 1054,81.

## Daftar Pustaka
[1] Coniwanti, Pengaruh  Perbedaan  Ukuran
Partikel dari Ampas
Tebu dan Konsentrasi Natrium BiSulfit pada Proses Pembuatan  Surfaktan, Jurusan  Teknik Kimia,  Universitas  Sriwijaya,  Jurnal Teknik  Kimia  No.  4,  Vol.  18,  Desember
2012, 49-58, 2012.
[2] Fernandez, C. Otero, Enzymatic Synthesis of  Amide  Surfactants  From  Ethanolamin . Enzyme  and  Microbial  Technology  28,
527-536, 2001.
[3] Fernandez,  C.  Otero, Selective  Enzymatic Synthesis  of  Amide  Surfactants  From Diethanolamine .  Enzyme  and  Microbial Technology 33, 650-660, 2003.
[4] G.  Hellner, Application  of  Lipolytic
Enzymes of Microbial Origin as
Biocatalysts, Dissertation,  Faculty  of Food Science, Department of Microbiology and
Biotechnology,
Corvinus University of Budapest.
[5] K.  Ken, Alkanolamides .  Article  For Cosmetics  &  Toiletries  Magazine,  July 10 th 2001.
[6] S.  Aisyah, Produksi  Surfaktan  Alkil Poliglikosida  (APG)  dan  Aplikasinya pada  Sabun  Cuci  Tangan  Cair , Tesis,
Fakultas  Teknologi  Agrikultur,  Institut Pertanian  Bogor,  J.  Tek.  Ind.  Pert.  Vol. 20(2), 159-165, 2011.
[7] Silverstein, Robert M, dkk. Spectrometric Identification  of  Organic  Compounds, Seventh Edition, State University of New York, 2005.
[8] Soledad,  C.  Dominguez,  P.  Sinisterra,
Enzymatic Amidation and Alkoxycarbonylation  of  Amines  Using Native  and  Immobilised  Lipases  with Different  Origins:  A  Comparative  Study, Tetrahedron, 2000. [9] Tufvesson, Par, dkk. Solvent-free Enzymatic Synthesis of Fatty Alkanolamides, Biotechnology and Bioengineering, Lund University, 2007.
[10] X.  Wang, Scalable  Synthesis  Of  Oleoyl Ethanolamide  by  Chemical  Amidation  In A  Mixed  Solvent ,  J  Am  Oil  Chem  Soc, 93:125-131, 2016.
[11] Z. Masyithah, Optimasi Sintesis Surfaktan Alkanolamida  dari  Asam  Laurat  dengan Dietanolamina  dan  N-Metil  Glukamina Secara Enzimatik ., Disertasi, Departemen Kimia.,  Universitas  Sumatera  Utara, 2010.