www.jtkl.polinema.ac.id
Corresponding author: Jurusan Teknik Kimia
Diterima: 28 Juli 2017 Universitas Negeri Semarang Disetujui: 4 Oktober 2017 Semarang 50229, Indonesia © 2017 Politeknik Negeri Malang
E-mail: rreshita@gmail.com

## Review Pemanfaatan Design Expert untuk Optimasi Komposisi Campuran Minyak Nabati sebagai Bahan Baku Sintesis Biodiesel
Reshita Amalia Ramadhani, Dody Herdian Saputra Riyadi, Bayu Triwibowo,

## Ratna Dewi Kusumaningtyas
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang Semarang 50229, Indonesia
*E-mail: rreshita@gmail.com

## ABSTRAK
Pencampuran berbagai jenis minyak nabati untuk sintesis biodiesel merupakan salah satu upaya pencarian sumber  energi  alternatif  terbarukan.  Campuran  berbagai  macam  minyak  nabati  lebih  potensial  karena ketersediaannya  masih  melimpah  dan  kurang  dimanfaatkan.  Campuran  minyak  nabati  yang  dapat digunakan sebagai bahan baku antara lain: minyak jarak pagar, minyak nyamplung, dan minyak jelantah. Komposisi campuran ditentukan dan dioptimasi menggunakan metode simplex lattice design dengan total campuran tertentu. Data yang akan didapat yaitu data pengaruh masing-masing campuran minyak terhadap penurunan  bilangan  FFA  saat  reaksi  esterifikasi.  Metode simplex  lattice  design merupakan  salah  satu metode yang terdapat di dalam software Design Expert 10.0 yang digunakan untuk optimasi formula pada berbagai jumlah komposisi bahan yang berbeda. Sintesis biodiesel dijalankan berdasar design of experiment yang dihasilkan oleh program Design Expert 10.0 . Kegunaan metode simplex lattice design diantaranya: penentuan formula, mengoptimalkan variabel formulasi dan mengetahui jumlah run , menjaga konsentrasi total  tetap  konstan.  ANOVA  ( Analysis  of  variance )  dilakukan  untuk  menentukan  signifikansi  analisis respon antar variabel dan dapat mengetahui model yang disarankan. Desirability merupakan nilai fungsi yang menunjukkan kemampuan program untuk memenuhi keinginan berdasarkan kriteria yang ditetapkan pada produk akhir. Nilai desirability yang semakin mendekati nilai 1,0 menunjukkan kemampuan program untuk menghasilkan produk yang dikehendaki semakin sempurna.
Kata kunci : ANOVA, biodiesel, desirability, metode simplex lattice design, optimasi

## ABSTRACT
Mixing  different  types  of  vegetable  oils  for  synthesis  of  biodiesel  is  one  of  the  efforts  for  renewable alternative  energy.  Mixed  oil  of  vegetable  oils  more  potential  because  it  is  not  difficult  to  finding  raw materials  and  not  useful  yet.  Vegetable  oils  mixture  as  raw  materials  used  include:  Jatropha  curcas  oil, nyamplung oil and waste cooking oil. The mixed and optimized compositions use the simplex lattice design method with a total mixture. The data to be obtained is the influence data of each mixed oil to decrease of FFA during esterification reaction. Simplex lattice design method is one of the methods available in the software Design Expert 10.0. The designs used to optimize the formula on different amounts of different material compositions. The biodiesel synthesis is run based on the experimental design produced by the Expert Design 10.0 program. The use of lattice simplex method design: determination formula, optimizing formulation variable and total number of runs, keeping total concentration constant. ANOVA (Analysis of variance) to determine the significance of response analysis among variables and can know the suggested model. Desirability is a method that shows the program's ability to meet the criteria specified in the final product. The desired value that is critical to the desired product improvement program is so perfect.
Keywords : ANOVA, biodiesel, desirability, optimization, simplex lattice design method

## 1.  PENDAHULUAN
Penggunaan  bahan  bakar  minyak  (BBM)  sangat  dibutuhkan  oleh  manusia  pada  era teknologi seperti sekarang. Selama ini, kebanyakan BBM diperoleh dari sumber energi berbasis  fosil  yang  merupakan  sumber  daya  tak  terbarukan  ( non-renewable ). Ketergantungan terhadap energi fosil terutama minyak bumi dalam pemenuhan konsumsi dalam negeri masih tinggi yaitu sebesar 96% (minyak bumi 48%, gas 18% dan batubara 30%) dari total konsumsi [1]. Oleh karena itu, perlu bahan bakar alternatif terbarukan. Bahan baku terbarukan yang menjanjikan adalah minyak nabati untuk produksi sintesis biodiesel [2]. Biodiesel dapat diproduksi melalui proses transesterifikasi minyak nabati dengan alkohol dan katalis basa [3]. Minyak nabati merupakan sumber bahan baku yang menjanjikan bagi proses produksi biodiesel karena bersifat terbarukan, dapat diproduksi dalam  skala  besar,  dan  ramah  lingkungan  [2].  Fluktuasi  harga  minyak  nabati menyebabkan  masalah  lain  dalam  penggunaanya  sebagai  bahan  baku  biodiesel.  Oleh karena  itu,  perlu  dilakukan  diversifikasi  dengan  menggunakan  beberapa  kombinasi campuran minyak nabati untuk dipakai sebagai bahan baku dalam pembuatan biodiesel.
Komposisi  campuran  minyak  nabati  divariasikan  antara  minyak  jelantah,  jarak,  dan nyamplung secara statistik dengan metode simplex lattice design dalam software Design Expert  10.0 .  Komposisi  dibuat  sedemikian  rupa  oleh Design  Expert  10.0 dengan menjadikan minyak jarak komponen tertinggi dan minyak jelantah komponen terendah. Penentuan  tersebut  berdasarkan  besar  potensi  produksi  di  Indonesia  yakni  minyak biodiesel dari jarak pagar 557.842 ribu barel dengan luas lahan 49.531.700 ha, minyak jelantah 45.515 ribu barel [4] dan minyak nyamplung sebesar 284.200 ha atau 200 liter per hari [4].
Optimasi dilakukan dengan basis data konversi bilangan FFA hasil reaksi esterifikasi dari hasil  variasi  komposisi  oleh Design  Expert  10.0 .  Optimasi  tersebut  pun  menggunakan metode simplex  lattice  design untuk  mendapatkan  komposisi  optimum  yang  dapat mencapai  nilai  konversi  setinggi-tingginya.  Hasil  luaran simplex  lattice  design merupakan jumlah run , penentuan formula optimum dengan jumlah total campuran yang konstan.

## 2.  MINYAK NABATI SEBAGAI BAHAN BAKU SINTESIS BIODIESEL
Minyak  nabati  adalah  minyak  yang  diekstrak  dari  berbagai  bagian  tumbuhan.  Minyak nabati  pada  umumnya  memiliki  kandungan  asam  lemak  yang  tinggi  sehingga  bisa dijadikan sebagai bahan baku produksi biodiesel. Bahan baku minyak nabati yang bisa digunakan antara lain: minyak jelantah, minyak jarak pagar, dan minyak nyamplung.

## 2. 1.  MINYAK JELANTAH
Minyak  jelantah  merupakan  suatu  limbah  dari  minyak  goreng  yang  memiliki  potensi besar untuk menghasilkan biodiesel. Minyak jelantah telah mengalami perubahan kimia akibat  oksidasi  dan  hidrolisis  sehingga  dapat  menyebabkan  beberapa  trigliserida  akan terurai  menjadi  senyawa-senyawa  lain,  salah  satunya free  fatty  acid (FFA)  atau  asam lemak  bebas  [5].  Kandungan  FFA  inilah  yang  kemudian  akan  diesterifikasi  dengan metanol menghasilkan biodiesel. Sedangkan kandungan trigliseridanya ditransesterifikasi dengan metanol dan katalis basa yang menghasilkan biodiesel dan gliserol [6].

## 2. 2.  MINYAK JARAK PAGAR
Jarak  pagar (Jatropha  curcas  L.) merupakan  tanaman  yang  sejak  puluhan  tahun  lalu sudah  dimanfaatkan  minyaknya  sebagai  bahan  bakar.  Ciri  khas  yang  dimiliki  minyak jarak  adalah  kandungan  asam  lemak  tidak  jenuh  yang  mengandung  gugus  hidroksil (unsaturated hydroxyl fatty acid) , berupa oleic acid , atau yang biasa disebut asam oleat [7]. Kandungan FFA dalam minyak jarak pagar dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Komposisi Asam Lemak Minyak Jarak Pagar FFA Kadar Asam miristat 0 – 0,1% Asam palmitat 14.1 – 15,3% Asam stearat 3,7 – 9,8% Asam arachidic 0 – 0,3% Asam behedic 0 – 0,2% Asam palmitoleat 0 – 1,3% Asam oleat 34,3 – 45,8% Asam linoleat 29 – 44,2% Asam linolenat 0 – 0,3%
Penelitian  tentang  sintesis  biodiesel  dari  minyak  jarak  telah  dilakukan  oleh Kusumaningtyas, dkk. [8] menghasilkan kondisi operasi reaksi esterifikasi optimum pada suhu  60 o C  dengan  perbandingan  berat  katalis  10%  dan    perbandingan  molar metanol:minyak 120:1.

## 2. 3.  MINYAK NYAMPLUNG
Nyamplung (Calophyllum  inopyllum) merupakan  suatu  tanaman  yang  dimanfaatkan bijinya menjadi minyak nabati atau lebih dikenal dengan minyak nyamplung dan dapat dijadiakan sebagai bahan baku biodiesel [9]. Kandungan asam lemak minyak nyamplung disajikan dalam Tabel 2.3. Menurut Mahfud dkk. [10] minyak nyamplung yang keluar dari mesin pres hidrolis berwana hitam/gelap karena mengandung kotoran dari kulit dan senyawa kimia seperti alkaloid, fosfatida, korotenoid, klorofil dan lain-lain.
Campuran  minyak  nabati  yang  digunakan  untuk  bahan  baku  sintesis  biodiesel  harus dioptimasi untuk  mendapatkan  komposisi  yang tepat dan efektif dengan menggunakan software Design Expert .

## 3.    OPTIMASI DESIGN  EXPERT MENGGUNAKAN METODE  SIMPLEX LATTICE DESIGN
Penelitian  optimasi  sintesis  biodiesel  dengan  campuran  minyak  dapat  menggunakan Respone Surface Methodology [11, 12]. Pendekatan design of experiment dari bahan baku campuran minyak nabati tidak mendukung Respone Surface Methodology karena belum ada hasil penelitian sebelumnya dan akan terbatas pada prediksi titik-titik data yang akan diambil  [13].  Metode  yang  cocok  untuk  penelitian  ini  adalah  dengan  Metode simplex lattice design . Kegunaan metode simplex lattice design diantaranya: penentuan formula [14],  mengoptimalkan  variabel  formulasi  dan  mengetahui  jumlah run [15],  menjaga konsentrasi total tetap konstan [16].
Langkah-langkah  optimasinya  adalah  penentuan  komposisi  campuran  menggunakan metode simplex lattice design dilakukan dengan total campuran tertentu. Masing-masing minyak harus ditentukan batas minimal dan maksimal sehingga dapat diketahui respon pengaruh  tiap-tiap  campuran  minyak  [17].  Luaran  akan  memunculkan design  of experiment meliputi  jumlah run dan  formulasinya.  Setiap run dijalankan  berdasarkan design of experiment kemudian dihasilkan data konversi FFA ( Free Fatic Acid ) yang akan diinputkan ke Design Expert 10.0 dengan metode simplex lattice design untuk dioptimasi.
Setiap  respon  dari  hasil  eksperimen  kemudian  di  uji  ANOVA (Analysis  of  variance) untuk menentukan signifikansi analisis respon antar variabel dan dapat mengetahui model yang  disarankan  oleh Design  Expert [17].  Hasil  ANOVA  yang  dipilih  adalah  yang mempunyai nilai R 2 terbesar. R 2 terbesar menunjukkan bahwa model tersebut disarankan. Hasil  ANOVA  menunjukkan  nilai  komponen  variabel  berpengaruh  nyata  (signifikan) terhadap respon konversi penurunan nilai FFA jika Lack of Fit (F-Value) sebesar <0,05 dan jika >0,05  menunjukkan Lack of  Fit yang tidak signifikan [18].  Nilai Lack of Fit yang  tidak  signifikan  merupakan  syarat  untuk  model  yang  baik  karena  menunjukkan adanya kesesuaian data respon dengan model [18].
Optimasi  kemudian  dilakukan  dengan  metode simplex  lattice  design. Metode  ini  akan mengoptimasi  sesuai  data  variabel  dan  data  pengukuran  respon  yang  dimasukkan. Keluaran dari tahap optimasi adalah rekomendasi beberapa formula baru yang optimal menurut program. Optimasi dilakukan dengan menentukan batasan (goal) kriteria respon yang dikehendaki dengan range yang memungkinkan untuk dicapai. Formula yang paling optimal adalah formula dengan nilai desirability maksimum. Nilai desirability merupakan nilai  fungsi  untuk  tujuan  optimasi  yang  menunjukkan  kemampuan  program  untuk memenuhi  keinginan  berdasarkan  kriteria  yang  ditetapkan  pada  produk  akhir.  Nilai desirability yang semakin mendekati nilai 1,0 menunjukkan kemampuan program untuk menghasilkan produk yang dikehendaki semakin sempurna [19].

## 4.  KESIMPULAN
Campuran minyak nabati antara minyak jarak, minyak nyamplung, dan minyak jelantah sebagai  bahan  baku  sintesis  biodiesel  dapat  ditentukan  komposisi  sekaligus  diketahui optimasi komposisinya dengan Design Expert 10.0 menggunakan simplex lattice design method.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Dewan Energi Nasional, Pengelolaan Energi Nasional 2005-2025, 2015.
[2] I.G. Wenten, Review Proses Produksi Biodiesel dengan Menggunakan Membran Reaktor, Seminar Rekayasa Kimia dan Proses, Pusat Penelitian Bioteknologi ITB , 2010.
[3] R.D. Kusumaningtyas, A. Budiman, S. Sutijan, S. Purwono, Design of Reactive Distillation Process for A Sustainable Biodiesel Production from Palm Oil, Paper Presented at the World Congress on Oils and Fats & 28th ISF Congress  Page 2, 2009.
[4] P.  Kuncahyo,  Z.  Aguk,  M.  Fathallah,  Analisa  Prediksi  Potensi  Bahan  Baku Biodiesel  sebagai  Suplemen  Bahan  Bakar  Motor  Diesel  di  Indonesia, Jurnal Teknik Pomits , vol. 2, no. 1, 2013.
[5] Dogan,  H.  Tuba,  The  Testing  of  The  Effects  of  Cooking  Conditions  On  The Quality of Biodiesel Produced from Waste Cooking Oils, Ataturk University , 2016
[6] L.C. Meher, C.P. Churamani, M.D. Arif, Z. Ahmed, dan S.N. Naik, Jatropha curcas as A Renewable Source for Bio-fuels — A Review, Renewable and Sustainable Energy reviews, vol. 26, hal. 397-407. 2013.
[7] I.W. Suirta, Preparasi Biodiesel dari Minyak Jelantah Kelapa Sawit, Jurnal Kimia , Universitas Udayana. 2009.
[8] R.D. Kusumaningtyas, P.A. Handayani, Rochmadi, S. Purwono, dan A. Budiman, Tin (II) Clhoride Catalyzed Esterification of High FFA Jatropha Oil: Experimental and  Kinetics  Study, Int.  Journal  of  Renewable  Energy  Development  (IJRED), 2014.
[9] T.  Marton,.  Biodiesel  dari  Minyak  Nyamplung  (Callophyllum  inophyllum)  dari Spiritus  dengan  Katalisator  Kapur  Tanor, Jurnal  Natur  Indonesia, vol.  13,  hal. 112-117. 2011.
[10]  Mahfud,  L.  Qadariyah,  S.  Jatranti,  R.  Muhammad,  Pembuatan  Biodiesel  dari Minyak Nyamplung Menggunakan Pemanasan Gelombang Mikro, Jurnal Teknik Pomits , vol. 3, 2014.
[11]  S. Dharma, H.H. Masjuki, H. C. Ong, A.H. Sebayang, A.S. Silitonga, F. Kusumo, T.M.I. Mahlia, Optimization of Biodiesel Production for Mixed Jatropha curcas- Ceiba  pentandra  Biodiesel  Using  Respone  Surface  Methodology: Journal  of Energy Conversion and Management. 2016
[12]  P.  Saeong,  M.  Saisriyoot,  A.  Thanapimmetha,  P.  Srinophakun,  The  Respone Surface Optimization of Steryl Glucosides Removal in Palm Biodiesel Using Silica Adsorption . Journal of Fuel. 2017
[13]  Nugroho, A. Kharis, “Pemanfaatan Piranti Lunak (Software) dalam Bidang Design of Experimentation (DOE) untuk Teknologi Farmasi”, Seminar Nasional , 2014
[14]  N.A. Armstrong, James, Pharmaceutical Experimental Design and Interpretation, Taylor and Francis , hal. 205-222, 1996.
[15]   A.  Nanda,  J.  Khanam,  K.S.  Das,  Optimization  of  Preparation  Method  for Ketoprofen-Loaded  Microspheres  Consisting  Polymeric  Blends  using  Simplex Lattice Mixture Design. Materials Science & Engineering C . 2016
[16]  S. D. Prajapati, D.L. Patel, Floating Matrix Tablets of Domperidone: Formulation And Optimization using Simplex Lattice Design. Thai J. Pharm. Sci ., vol. 33, hal. 113-122. 2009.
[17]  M.  Babaki,  M.  Yousefi,  Z.  Habibi,  M.  Mohammad,  Process  Optimization  for Biodiesel  Production  from  Waste  Cooking  Oil  Using  Multi-Enzyme  Systems Through Response Surface Methodology, Journal of Renewable Energy, 2017.
[18]  S. Keshani, A.L. Chuah, M.M. Nourouzi, A.R. Russly, B. Jamilah, Optimization of  Concentration  Process  on  Pomelo  Fruit  Juice  Using  Simplex  Lattice  Design, International Food Research Journal , vol 17, hal. 733–742, 2010.
[19]  S. Raissi, R.E. Farzani, Statistical Process Optimization Through Multi-Response Surface Methodology, World Academy of Science, Engineering and Technology, hal. 267–271, 2009.