## PEMANFAATAN BAHAN TUMBUHAN SEBAGAI BIOKATALISATOR DALAM PRODUKSI MINYAK SAWIT KAYA ASAM LEMAK OMEGA-3 1)

## [Using of Plant Biocatalisator for Omega-3 PUFA -Rich Palm Oil Production]
Jenny Elisabeth 2) , D. Siahaan 2) , dan  D. R. H. Simajuntak 3)
1) Makalah dipresentasikan pada Seminar Nasional PATPI, Semarang 9-10 Oktober 2001
2) Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS), Jl. Brigjen Katamso 51, Medan 20158
3) Alumnus Fakultas Pertanian, Unika St. Thomas SU, Medan

## ABSTRACT
Incorporaton  of omega-3 polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFA) into red palm oil was investigated by using acidolysis process. Rice bran and Carica papaya latex (CPL) were used as biocatalyst. Acidolysis between red palm  oil and n-3 PUFA concentrate in free  fatty acid form was conducted without solvent, with weight ratio of n-3 PUFA concentrate to palm oil being 1:1. The n-3 PUFA concentrate was prepared from tuna oil by crystallization method. The study has demonstrated  that rice bran lipase showed higher activity to incorporate n-3 PUFA into red palm oil than CPL. The extent of EPA (eicosapentaenoic acid, C20:5) and DHA (docosahexaeboic acid, C22:6) incorporation were 3.4% and 12.7% with the rice bran lipase, and 1.7% and 3.2%  with the CPL. Furthermore, rice bran from several varities of paddy (Mamberamo, IR- 64, Merah Munte , and Cirata) produced equal  incorporation of EPA and DHA into red palm oil. Rice bran from germinated seed of paddy  did not increase the n-3 PUFA incorporation into red palm oil. It means that rice bran in its  natural form could  be used and act as immobilized lipase. It is easier to remove the rice bran from reaction mixture and reuse the bran for 14 times without decreasing its enzyme activity.
Key words : Carica papaya latex, EPA, DHA, lipase, omega-3 fatty acids, palm oil,  and rice bran

## PENDAHULUAN
Asam  lemak  omega-3  (n-3)  yang  banyak  terdapat pada  minyak  ikan,  yakni  EPA  (asam  eikosapentaenoat; C20:5) dan DHA (asam dokosaheksaenoat; C22:6), diketahui dapat  mencegah  penyakit  jantung,  memiliki  sifat  antitumor dan  anti-inflamasi,  serta  dibutuhkan  untuk  tumbuh  kembang otak  dan  retina  manusia  (Uauy  dan  Valenzuela,  1992). Meskipun  memiliki  banyak  keunggulan,  tidak  semua  orang senang  mengkonsumsi  minyak  ikan  karena  baunya  yang amis.  Hal  ini  merupakan  masalah  utama  dalam penggunaannya  sebagai  bahan  nutrifikan  atau  formulasi produk pangan.
Salah  satu  upaya  untuk  mengatasi  masalah  ini adalah  dengan  menginkorporasikan  asam  lemak  n-3  dari minyak  ikan  pada  minyak    nabati    yang  biasa  dikonsumsi manusia,  seperti  minyak  kacang  tanah  (Sridhar  dan Lakshiminarayana,  1992),  minyak  biji  melon  (Huang  et  al., 1994),  minyak  kanola,  jagung,  kedelai  (Huang  dan  Akoh, 1994), evening primrose (Akoh et al., 1996), dan minyak sawit (Elisabeth  et  al.,  1998).  Sintesis  minyak  nabati  kaya  asam lemak  n-3  umumnya  menggunakan  lipase  sebagai  katalis, sehingga dengan penggunaan suhu dan tekanan proses yang rendah  maka  kerusakan  oksidatif  asam  lemak  n-3  dapat dikurangi. Jenis lipase yang banyak digunakan untuk sintesis minyak  kaya  asam  lemak  n-3    adalah  lipase  mikrobial,  di antaranya  lipase Rhizomucor  meihei , Candida  antartica , Chromobacterium  viscosum ,  dan Pseudomonas .  Saat  ini
sudah  tersedia  banyak  jenis  lipase  mikrobial  komersial  yang dapat  langsung  dipergunakan,  namun  umumnya  lipase mikrobial ini memiliki harga yang relatif mahal, karena proses produksi,  ekstraksi,  dan  isolasinya  yang  relatif  rumit.  Hal  ini merupakan salah satu kendala aplikasi reaksi enzimatik pada skala industri.
Upaya  mencari  sumber  lipase  yang  murah  telah dilakukan oleh banyak peneliti. Salah satu sumber lipase yang potensial  dikembangkan  adalah  bahan  tumbuhan  seperti dedak padi dan gandum, getah pepaya, umbi kentang, serta kecambah  biji-bijian.  Lipase  pada  bahan  tumbuhan  tersebut berperan dalam menghidrolisis cadangan minyak  atau lemak untuk persediaan energi dan rangka karbon yang dibutuhkan untuk  pertumbuhan  embrio  (Mukherjee,  1994)  dan (Jachmanian  dan  Mukhjee  1994).  Di  sisi  lain,  lipase  juga merupakan  penyebab  kerusakan  minyak  dan  lemak  yang terdapat  pada  bahan  tumbuhan,  seperti  misalnya  minyak dedak padi.
Beberapa penelitian telah membuktikan bahwa lipase tumbuhan merupakan biokatalis yang potensial untuk proses modifikasi  minyak  dan  lemak.  Foglia  dan  Villeneuve  (1997) telah  membuktikan  bahwa  lipase  getah  pepaya,  yang  telah umum  diketahui  memiliki  aktivitas  protease  untuk menghidrolisis  protein,  dapat  digunakan  pada  sintesis  lipid terstruktur berenergi rendah. Lipase dari rapeseed juga telah digunakan  untuk  sintesis  minyak  kaya  asam  -linoleat  dari minyak evening  primrose (Mukherjee,  1994),  serta  memiliki
aktivitas  yang  tinggi  pada  proses  reaksi  esterifikasi  dan interesterifikasi (Jachmanian and Mukherjee, 1996).
Sebagai  sumber  lipase,  dedak  padi  merupakan bahan yang harganya relatif murah karena merupakan produk samping  hasil  penggilingan  padi  dan  banyak  tersedia  di Indonesia.  Penelitian  sebelumnya  juga  telah  menunjukkan bahwa lipase dedak padi yang digunakan tidak membutuhkan proses  isolasi  ataupun  pemurnian  terlebih  dahulu.  Dalam bentuk alaminya dedak padi dapat digunakan sebagai lipase imobil yang mudah dipisahkan dari reaktan dan diduga dapat digunakan berulang kali.
Penelitian  ini  mencoba  mengkaji  lebih  lanjut pemanfaatan  dedak  padi  sebagai  biokatalis  dalam  sintesis minyak sawit kaya asam lemak n-3.

## METODOLOGI

## Bahan
Pada  penelitian  ini  digunakan  minyak  sawit  merah yang dipreparasi di Pusat Penelitian Kelapa Sawit dan minyak ikan yang merupakan tuna pre-cook oil dari PT Aneka Tuna, Gempol, Jawa Timur. Dari minyak ikan tuna dilakukan isolasi asam lemak n-3 dengan metode kristalisasi urea (Elisabeth et al.,  1994).  Dedak  padi  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini berasal  dari  beberapa  verietas  padi,  yakni  Mamberamo,  IR- 64, Merah Munte, dan Cirata yang diperoleh dari Balai Benih Induk  Padi  Murni,  Lubuk  Pakam,  Sumatera  Utara.  Untuk melihat pengaruh pengecambahan, masing-masing jenis bulir padi  di  kecambahkan  selama  0,3,  dan  4  hari,  dikeringkan dengan  penjemuran  di  bawah  sinar  matahari,  kemudian digiling  di  penggilingan  padi  untuk  memperoleh  dedaknya. Biokatalis  lain  yang  digunakan  adalah  getah  pepaya  kering (papain) yang diperoleh  dari Sigma Chem. Co., USA dalam betuk granular, serta lipase Rhizomucor miehei (Lipozyme-IM) produksi Novo Nordisk Bioindustry Ltd., Denmark.

## Reaksi asidolisis enzimatik
Reaksi  asidolisis  dilakukan  antara  konsentrat  asam lemak  n-3  dan  minyak  sawit  merah  pada  berbagai    tingkat nisbah    dengan  dedak  padi  sebanyak  10%  (b/b  substrat campuran)  sebagai  biokatalis  (Elisabeth  et  al.,  1999). Campuran  tersebut  kemudian  diinkubasi  pada  suhu  40 C selama  4  jam,  sambil  diaduk  pada orbital  shaker dengan kecepatan  300  rpm.  Udara  dalam  bejana  digantikan  dengan gas    N 2 untuk  mencegah  oksidasi.  Semua  reaksi  dilakukan dengan  2  ulangan  dan  analisis  dilakukan  secara  duplo. Reaksi  dihentikan  dengan  menambahkan  campuran  pelarut aseton/etanol  (1:1,  v/v),  lalu  dedak  padi  dipisahkan  dengan penyaringan. Proses ekstraksi fraksi lipida dilakukan dengan menambahkan  heksana,  metanol  dan  air  dengan  volume yang  sama.  Campuran  ini  kemudian  dititrasi  dengan  larutan NaOH  dalam  methanol    (0,5  N)  untuk  menghilangkan  asam
lemak bebas yang terdapat pada produk. Setelah itu lapisan heksana dipisahkan dan minyak sawit kaya asam lemak n-3 diperoleh  setelah  pelarut  heksana  dihilangkan  dengan  cara evaporasi vakum.

## Analisis
Analisis  kandungan  asam  lemak  dilakukan  dengan metode  AOCS  Ce  1b-89  (93),  menggunakan  asam  lemak C17:0  sebagai  standar  internal.  Sampel  dipreparasi  dengan proses  metilasi  menggunakan    BF 3 -metanol  (14%b/v),    dan kemudian  dianalisis  dengan  alat  kromatografi  gas  Perkin Elmer 8420 yang dilengkapi dengan detektor FID dan kolom kapiler  DB-225  (30  m  x  0.25  mm  i.d.;  J  &  W  Scientific, Folsom,  CA,  USA).  Suhu  injektor  dan  detektor  sebesar 260 C,  sedangkan  suhu  oven  isotermal  220 C  dan  tekanan gas hidrogen sebagai gas pembawa sebesar 15 psig.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Kandungan  asam  lemak  pada  minyak  sawit  merah (MSM) didominasi oleh asam palmitat (C16:0) dan asam oleat (C18:1), masing-masing sebesar 49,6 dan 40,1%, sedangkan asam  lemak  tidak  jenuh  ganda  yang  terdeteksi    hanyalah asam  linoleat  (C18:  2  n-6)  sebesar  8,0%.  Pada  reaksi asidolisis  yang  dilakukan,  MSM  digunakan  sebagai  sumber molekul  trigliserida,  sedangkan  konsentrat  asam  lemak  n-3 digunakan  sebagai  sumber  asam  lemak    EPA  dan  DHA. Kandungan  EPA  dan  DHA  pada  minyak  ikan  tuna  masing- masing  adalah  sebesar  3,9  dan  12,7%,  sedangkan  pada konsentrat asam lemak n-3 sebesar 7,8 dan 55,2%.
Hasil  penelitian  menunjukkkan  bahwa  dedak  padi memiliki  aktivitas  lipase  yang  lebih  tinggi  dalam menginkorporasikan  asam  lemak  n-3  pada  MSM dibandingkan  getah  pepaya.  Dengan  tingkat  nisbah  substrat 1:1. yakni nisbah antara konsentrat asam lemak n-3 dengan MSM  (b/b),  maka  tingkat  inkorporasi  EPA  dan  DHA  pada MSM dengan katalis dedak padi masing-masing adalah 3.4% dan 12.7%, sedangkan dengan katalis getah  pepaya masing- masing  adalah  1,7%  dan  3,2%  (Gambar  1).  Semakin  tinggi tingkat  nisbah  substrat  yang  digunakan  maka  tingkat inkorporasi  EPA  dan  DHA  pada  MSM  akan  semakin  tinggi pula,  namun  peningkatan  yang  terjadi  pada  penggunaan dedak  padi  jauh  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  getah pepaya.
Aktivitas  dedak  padi  yang  lebih  tinggi  dalam menginkorporasikan  asam  lemak  n-3  pada  MSM mengindikasikan bahwa lipase dedak padi memiliki spesifitas yang  lebih  tinggi  terhadap  EPA  dan  DHA  dibandingkan dengan lipase getah pepaya. Faktor bentuk bahan tumbuhan juga  mempengaruhi  aktivitas  lipase  yang  terdapat  di dalamnya.  Lipase  dedak  padi  dapat  dianalogkan  sebagai lipase imobil dengan kulit padi yang berfungsi sebagai bahan
penyangga  sedangkan  getah  pepaya  terdapat  dalam  bentuk ekstrak protein kasar. Enzim dalam bentuk imobil relatif lebih stabil  terhadap  kondisi  lingkungan  yang  kurang  sesuai, seperti  suhu  tinggi  dan  polaritas  medium,  sehingga aktivitasnya dapat lebih tinggi (Shuler dan Kargi, 1992).
Uji  kesamaan  dua  ragam  terhadap  aktivitas  lipase dedak dari beberapa varitas padi menunjukkan bahwa setiap varitas menghasilkan tingkat inkorporasi EPA dan DHA yang relatif sama (p>0.05) pada MSM.
Gambar 1. Inkorporasi EPA dan DHA pada minyak sawit merah menggunakan getah pepaya dan dedak padi sebagai biokatalis
Dalam penelitian ini juga diamati pengaruh proses pengecambahan  terhadap  aktivitas  lipase  dedak  padi dalam  menginkorporasikan  asam  lemak  n-3  pada  MSM. Hal ini didasarkan bahwa  selama proses pengecambahan (germinasi)  terjadi  peningkatan  aktivitas  enzimatik  untuk mendegradasi komponen makromolekul, seperti karbohidrat,  protein,  dan  lemak  di  dalam  biji  yakni  untuk penyediaan  energi  bagi  pertumbuhan  embrio.  Aktivitas lipase selama proses pengecambahan adalah menghidrolisis  cadangan  lemak  dalam  biji    menjadi  asam lemak dan gliserol (Huang, 1984).
Hasil  sidik  ragam  menunjukkan  bahwa  proses pengecambahan  pada  setiap  varitas    padi  tidak berpengaruh    nyata  (p>0.05)  terhadap  aktivitas  lipase dedak  padi  dalam  menginkorporasikan  asam  lemak  n-3 pada MSM. Tingkat inkorporasi EPA dan DHA pada MSM masing-masing berkisar 2,0 – 2,8% dan 6,2-9,3 % (Gambar 2).  Karena  pengecambahan  tidak  meningkatkan  aktivitas lipase dedak padi dalam mengikorporasikan asam lemak n- 3  pada  MSM,  maka  proses  ini  tidak  dibutuhkan  dalam pemanfaatan  dedak  padi  sebagai  biokatalis.  Dengan perkataan lain dedak padi yang diperoleh dari penggilingan padi  telah  cukup  memadai  untuk  digunakan.  Selain membutuhkan waktu, pengecambahan padi juga membuat proses  s  penggilingan  padi  menjadi  tidak  efisien  karena agak  sulit  memisahkan  dedak  padi  dari  bulir  yang  telah berkecambah.
Hasil  ini  mengungkapkan  bahwa  tidak  dibutuhkan dedak  padi  dengan    varietas  tertentu  untuk  dapat digunakan  sebagai  biokatalis  dalam  sintesis  minyak  sawit kaya asam lemak n-3.
Tingkat  inkorporasi  EPA    dan  DHA  pada  tahap penelitian  ini  lebih  rendah  dibandingkan  dengan  tahap penelitian  sebelumnya  (Elisabeth  et  al.,  1999).  Hal  ini diduga  berkaitan  dengan  umur  penyimpanan  padi  yang digunakan  sebagai  sumber  dedak  padi.  Dedak  padi  yang digunakan  pada  tahap  penelitian  ini  bersumber  dari  benih padi  yang  telah  disimpan  sekitar  2-3  bulan,  sedangkan dedak  padi  yang  digunakan  pada  tahap    penelitian sebelumnya bersumber dari padi varitas Merah Munte yang baru dipanen di penggilingan padi komersial.
Dalam  bentuk  alaminya,  dedak  padi  yang digunakan  sebagai  sumber  lipase  mudah  dipisahkan  dari campuran  reaktan  dan  dapat  digunakan  kembali  untuk proses  asidolisis  berikutnya.  Dengan  demikian  bentuk lipase  dedak  padi  ini  dapat  diidentikkan  sebagai  enzim imobil, yaitu molekul lipase terikat pada bahan penyangga dedak  padi.  Pada  penelitian  ini  pengujian  stabilitas  dedak padi  dalam  sintesis  minyak  sawit  kaya  asam  lemak  n-3 dengan  penggunaan  yang  berulang  kali  dibandingkan dengan lipase mikrobial komersial dari Rhizomucor miehei (Lipozyme-IM).  Pada  Gambar  3  tertera  tingkat  inkorporasi EPA dan DHA pada MSM  yang menggunakan kedua jenis biokatalis tersebut hingga penggunaan  14 kali.
Gambar  2.  Inkorporasi  EPA  dan  DHA  pada  minyak  sawit  merah  dengan  menggunakan  berbagai  jenis  dedak  padi sebagai biokatals
(Keterangan : V1 = Mamberamo, V2 = IR-64, V3=Merah Munte, V4 = Cirata, P1 = Tanpa dikecambahkan, P2= Dikecambahkan 3 hari, P3 = Dikecambahkan 4 hari)
Gambar  3.  Inkorporasi  EPA  dan  DHA  pada  minyak  sawit  merah  dengan  dedak  padi  sebagai  biokatalis  pada penggunaan berulang
Dari  Gambar  3  terlihat  bahwa  dedak  padi  masih memiliki  aktivitas  lipase  yang  cukup  baik  dalam menginkorporasikan  EPA  dan  DHA  pada  MSM  hingga penggunaan  14  kali.  Meskipun  hasil  uji  sidik  ragam menunjukkan  bahwa  lipase  Lipozyme-IM  memiliki  aktivitas yang  lebih  tinggi  dalam  menginkorporasikan  EPA    dan  DHA pada  MSM  (p<0.05),  namun  sifat  stabilitas  yang  terdapat pada dedak padi tidak berbeda jauh dengan lipase Lipozyme- IM.

## KESIMPULAN
Dedak  padi  dan  getah  pepaya  memiliki  kemampuan menginkorporasikan asam lemak omega-3  dari minyak ikan tuna pada MSM dengan proses asidolisis  enzimatik, dengan dedak  padi  yang  memiliki  aktivitas  jauh  lebih  tinggi.  Adapun tingkat inkorporasi EPA dan DHA pada MSM dengan katalis dedak  padi  dan  getah  pepaya    masing-masing  adalah  3,4% dan  12,7%,  serta  1,7%  dan  3.2%.  Varietas  dedak  padi  dan proses  pengecambahan  tidak  mempengaruhi  tingkat inkorporasi  EPA  dan  DHA  pada  MSM.  Hal  ini  berarti  tidak dibutuhkan  dedak  padi  dengan  varitas  tertentu  untuk digunakan sebagai katalis dalam produksi minyak sawit  kaya asam  lemak-3  dan  proses  pengecambahan  tidak meningkatkan  aktivitas  lipase  yang  terdapat  di  dalamnya. Dalam  bentuk  alaminya,  dedak  padi  juga  mudah  dipisahkan dari  campuran  reaktan  dan  dapat  digunakan  kembali  untuk proses asidolisis berikutnya. Dengan waktu reaksi 4 jam per siklus  reaksi,  telah  dibuktikan  bahwa  dedak  padi  dapat digunakan hingga 14 kali tanpa penurunan aktivitas.

## DAFTAR PUSTAKA
Akoh, C.C, B.H. Jennings and D.A. Lillard. 1996. Enzymatic modification of evening primrose oil: incorporation of n-3  polyunsaturated  fatty  acids.  J.  Am.  Oil  Chem. Soc., 73(8): 1059-1062.
Elisabeth, J., F.G. Winarno, M. A. Wirakartakusumah and D. Fardiaz. 1994. Extraction of omega-3 fatty acids from  pre-cook  oil,  the  canned  tuna  industries  by product. Paper on International Seminar on Fisheries, Oceanography  and  Remote  Sensing.  Bogor, November 18-19.
Elisabeth, J., A. Jatmika, K. Sinaga, and. Sembiring. 1998. Lipase-catalyzed incorporation of n-3 PUFA into palm oil. Proceeding of International Oil Palm Conference. Bali, September 23-35, 1998.
Elisabeth,  J.,  A.  Jatmika,  and  K.  Sinaga.  1999. Sintesis minyak  sawit  merah  kaya  asam  lemak  omega-3 dengan  metode  asidolisis  enzimatik.  J.  Penelitian Kelapa Sawit 7 (1) : 43-56.
Foglia,  T.A.  and  P.  Villeneuve.  1997. Carica  papaya  latex lipase-catalyzed synthesis of structured
triacylglycerols. J. Am. Oil Chem. Soc., 74 (11): 1447- 1449.
Huang,  A.H.C.  1984. Plant  lipases  dalam  Borgstom  B.  H.L. Brockman  (eds).  Lipases.  Elsevier  Science  Pub., Amsterdam.
Huang,  K.H.  and  C.C  Akoh.  1994. Lipases-catalyzed incorporation  of  n-3  polyunsaturated  fatyy  acids  into vegetables oils. J. Am. Oil Chem. Soc., 71 (11): 1277- 1280
Huang,  K.  H.,  C.C.  Akoh  and  M.C.  Erickson.  1994. Enzymatic  modification  of  melon  seed  oil  : incorporation of eicosapentaenoic acid. J. Agric. Food Chem., 42 (11): 2646-2648.
Jachmanian, I. and K.D. Mukherjee. 1996. Esterification and interesterification  reactions  catalyzed  by  acetone powder from germinating rapessed. J. Am. Oil Chem. Soc., 73 (11): 1527-1532.
Mukherjee, K.D. 1994. Plant lipases and their application in lipid biotransformations. Prog. Lipid Res. 33 (1/2) : 165-174
Uauy R.D. and  A. Valenzuela. 1992. Marine oils as a source of omega-3 fatty acids in the diet: how to optimize the health benefits. Prog. In Food and Nutr. Sci., 16 : 199-243.
Shuler,  M.L.  and  F.  Kargi.  1992 .  Bioprocess  Engineering  : Basic Concepts. Prentice Hall, New Jersey.
Sridhar, R   and G. Lakshiminarayana. 1992 . Incorporation of  eicosapentaenoic  and  docosahexaenoic  acids into  groundnut  oil  by  lipase-catalyzed  ester interchange.  J.  Am.  Oil  Chem.  Soc.,  69  (10): 1041-1042.