Analisis Asam Lemak dengan Kromatografi Gas
Dimas Prasetyo
12/345678/910/111213
Intisari
Telah dilakukan percobaan dengan judul analisis asam lemak dengan kromatografi gas. Tujuan percobaan ini adalah mempelajari transesterifikasi lemak/minyak dan mempelajari analisis asam lemak dengan kromatografi gas. Metode yang dipakai pada percobaan ini adalah transesterifikasi minyak untuk menghasilkan metil ester dari asam lemak yang terkandung didalam sampel. Reaksi transesterifikasi dilakukan dengan mencampurkan metanol dengan sampel pada pelarut kloroform dengan katalis Sodium Metanolat. Hasil reaksi diekstraksi dengan n-heksana dan air. Lapisan organik diambil dan dikeringkan dengan Natrium Sulfat anhidrat. Hasil disaring dan dievaporasi. Hasil evaporasi dianalisis dengan kromatografi gas.
Hasil analisis menunjukkan adanya 6 puncak pada kromatogram. Keenam puncak tersebut dibandingkan dengan standar dan didapatkan kandungan asam lemak sampel berupa asam butirat (tr= 5,2 menit), asam kaproat (tr= 14,1 menit), asam kaprilat (tr= 16,75 menit), asam kaprat (tr= 19,0 menit), asam undekanoat (tr= 19,5 menit), dan asam laurat (tr= 21,2 menit).
Kata kunci: Asam lemak, kromatografi gas, transesterifikasi
Analisis Asam Lemak dengan Kromatografi Gas
I. Tujuan Percobaan
1. Mempelajari transesterifikasi lemak/minyak
2. Mempelajari analisis asam lemak dengan kromatografi gas
II. Dasar Teori
Lipida adalah senyawa golongan trigliserida dengan dua golongan besar yaitu minyak dan lemak. Minyak adalah lipida dengan kandungan asam lemak tidak jenuh, sedangkan lemak adalah lipida yang hanya memiliki asam lemak jenuh saja. Secara fisik, lemak cenderung padat pada suhu kamar, sedangkan minyak berwujud cair. Lipida tersusun dari dua komponen yaitu gliserol dan asam lemak. Asam lemak adalah asam karboksilat dengan atom karbon minimal sebanyak 4 buah. Secara alami asam lemak memiliki jumlah atom karbon genap karena prekusornya yaitu asetil ko-A memiliki 2 atom karbon. Asam lemak beratom karbon ganjil biasa muncul sebagai metabolit sekunder. Secara umum asam lemak dibedakan menjadi asam lemak jenuh dan asam lemak tidak jenuh. Asam lemak jenuh adalah asam lemak yang tidak memiliki ikatan rangkap pada gugus alkilnya, sedangkan asam lemak tidak jenuh memiliki setidaknya satu ikatan rangkap pada gugus alkilnya. Asam lemak tidak jenuh secara alami memiliki konfigurasi cis pada ikatan rangkapnya. Asam lemak trans dapat terbentuk akibat pemanasan asam lemak cis (Nelson, 2005).
Untuk mengidentifikasi kandungan asam lemak didalam suat lipida, dapat dilakukan analisis menggunakan kromatografi gas. Kromatografi gas adalah salah satu metode analisis yang didasari pada pemisahan komponan suatu sampel berdasarkan kepolarannya. Prinsip dasar kromatografi adalah melewatkan sampel diantara dua fasa sehingga komponen sampel terpisah akibat perbedaan mobilitas komponen diantara dua fasa. Mobilitas komponen sangat dipengaruhi oleh kepolaritas komonen. Dua fasa yang digunakan pada kromatografi adalah fasa diam dan fasa gerak, kromatografi gas adalah kromatografi dengan fasa gerak berpa gas (Harvey, 2000).
Masalah yang sering terjadi pada analisis asam lemak dengan kromatografi gas adalah masa molekul lipida yang begitu besar. Massa molekul yang besar ini menyebabkan titik didih lipida yang tinggi dan sulit membentuk gas dari sampel lipida, maka dilakukan preparasi sampel melalui reaksi transesterifikasi untuk memecahkan lipida menjadi gliserol dan ester-ester asam lemak. Reaksi transesterifikasi adalah reaksi perubahan suatu ester menjadi ester lainnya dengan mereaksikan alkohol tertentu. Reaksi ini sedikit berbeda dengan reaksi esterifikasi, yaitu reaksi asam karboksilat membentuk ester dengan mereaksikan alkhol tertentu. Berikut adalah reaksinya:
(Kwon dan Yun, 2016)
Syamsuddin, dkk (2016) berhasil mensintesis metil ester dari asam lemak yang terkandung didalam minyak kelapa sawit. Sintesis ini bertujuan membuat biodisel berupa metil ester. Untuk meningkatkan nilai ekonomis, digunakan katalis oksida logam Kalsium- Lantanum- Aluminium. Hasil yang didapatkan katalis oksida logam Kalsium- Lantanum- Aluminium menunjukkan kenaikan nilai ekonomis yang signifikan sehingga minyak dengan kandungan aam lemak bebas yang rendah dapat digunakan sebagai sumber biodisel yang terbarukan.
III. Metode Percobaan
1. Alat dan Bahan
Alat yang digunakan pada percobaan ini adalah seperangkat kromatografi gas, pengaduk megnet, erlenmeyer, pipet ukur, pro pipet, dan gelas ukur.
Bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah sampel minyak, metanol, kloroform, larutan sodium metanolat 0,5 M, n-heksana, padatan Na2SO4 anhidrat, dan akuades.
2. Cara Kerja
Sebanyak 1,5 mL sampel minyak dilarutkan dalam 1,5 mL campuran pelarut metanol:kloroform (1:1). Sebanyak 1 mL larutan sodium metanolat ditambahkan ke dalam larutan sampel minyak. Larutan diaduk dengan pengaduk magnet. Setiap 15 menit, sebanyak 1 mL sampel diambil dengan pipet ukur. Sampel yang telah diambil, diekstrak dengan akuades dan n-heksana lalu lapisan organiknya diambil. Sampel pada lapisan organik ditambahkan padatan Na2SO4 anhidrat dan diaring. Filtrat dievaporasi dan dianalisis dengan kromatografi gas. Sampel pada 30 menit dan 45 menit diperlakukan sama dengan sampel pada menit ke 15. Kromatogram dianalisis untuk menentukan kendungan asam lemak pada sampel.
IV. Hasil Percobaan dan Pembahasan
IV.1. Hasil Percobaan
a. Transesterifikasi selama 15 menit
Puncak
|
Waktu retensi (menit)
|
Luas area
|
Kadar (%)
|
1
|
5,177
|
2134590
|
24,3119
|
2
|
14,022
|
49923
|
0,5686
|
3
|
16,725
|
2511777
|
28,6079
|
4
|
18,964
|
4046437
|
46,0896
|
5
|
19,533
|
14492
|
0,1651
|
6
|
21,147
|
22804
|
0,2597
|
b. Transesterifikasi selama 30 menit
Puncak
|
Waktu retensi (menit)
|
Luas area
|
Kadar (%)
|
1
|
5,224
|
2131676
|
31,9001
|
2
|
14,135
|
33182
|
0,4966
|
3
|
16,813
|
1671758
|
25,0180
|
4
|
19,072
|
2828758
|
42,3318
|
5
|
21,306
|
16948
|
0,2538
|
c. Transesterifikasi selama 45 menit
Puncak
|
Waktu retensi (menit)
|
Luas area
|
Kadar (%)
|
1
|
5,167
|
6352354
|
58,8279
|
2
|
14,066
|
34671
|
0,3211
|
3
|
16,794
|
1709700
|
15,8332
|
4
|
18,942
|
2701478
|
25,0176
|
IV.2. Pembahasan
Percobaan Analisis Asam Lemak dengan Kromatografi Gas ini bertujuan melakukan reaksi transesterifikasi pada minyak kemudian dianalisis dengan kromatografi gas, seperti yang diutarakan Kwon dan Yun (2016), lipida sulit dianalisis langsung dengan kromatografi gas karena berat molekulnya yang besar. Sehingga diperlukan suhu yang tinggi untuk mengubah sampel menjadi gas. Setiap kolom memiliki ketahanannya masing-masing dalam hal suhu. Kolom yang dipakai pada percobaan ini memiliki kelehan termal hingga 500°C. Jika alat kromatografi dipakai untuk running pada suhu diatas 700°C agar minyak berubah menjadi gas, maka fasa diam akan meleleh dan ikut bergerak bersama fasa gerak. Hal ini menyebabkan kerusakan pada alat yaitu trsumbatnya kolom kromatografi. Untuk menurunkan suhu running, dilakukan transesterifikasi sebagai proses preparasi sampel. Setelah transesterifikasi, berat molekul sampel akan menjadi sekitar 1/3 dari sampel awal. Melalui transesterifikasi, kenaikan titik didih akibat pembentukan dimer asam karboksilat juga dapat dihindari. Jadi transesterifikasi berfungsi untuk menurunkan titik didih sampel melalui dua cara yaitu menurunkan berat molekul trigliserida dan menghilangkan ikatan hidrogen yang berpotensi membentuk dimer pada asam lemak bebas.
Pada percobaan ini diawali dengan melarutkan minyak dan metanol dalam kloroform. Kloroform berfungsi sebagai pelarut karena kloroform dapat melarutkan minyak dan metanol. Minyak dan metanol berfungsi sebagai reaktan dan menjalani reaksi transesterifikasi sebagai berikut:
Lalu kedalam larutan ditambahkan sodium metanolat sebagai katalis, reaksi transesterifikasi pada dasarnya dapat berlangsung tanpa katalis namun dibutuhkan pemanasan untuk menaikkan energi kinetik reaktan agar dapat melewati energi aktivasi dan bereaksi membentuk produk. Agar reaski berjalan lebih cepat pada suhu kamar, diperlukan katalis basa. Kwon dan Yun (2016) dan Syamsuddin (2016) juga melakukan reaksi transesterifikasi dengan katalis basa berupa oksida logam. Sodium metanolat membantu reaksi dengan membentuk buffer dengan metanol. Seperti telah diketahui, metanol adalah asam lemah. Jika asam lemah ditambahkan dengan garamnya akan terbentuk kesetimbangan berikut:
Dengan adanya kesetimbangan ini, akan selalu tersedia anion metanolat didalam sistem sesuai azas Lechatelier. Anion metanolat memiliki nukleofilitas lebih tinggi dibandingkan metanol karena muatannya yang negatif menyebabkan gaya elektrostatik tambahan antara anion metanolat den atom karbonil yang bermuatan parsial positif pada trigliserida. Gaya elektrostatik ini menambah driving force sehingga reaksi berjalan lebih cepat dan spontan daripada metanol sebagai reaktan. Setiap pengurangan metanolat, akan ada metanol yang berubah menjadi metanolat kaerna sistem buffer mempertahankan perbandingan metanol dan metanolat sehingga konsentrasi metanolat tidak berubah.
Setelah produk terbentuk, larutan diekstraksi dengan n-heksana dan akuades. Pada saat ekstraksi ditambahkan n-heksana terlebih dahulu karena produk metil ester cenderung bersifat non-polar dan larut didalam n-heksana. Ekstraksi berguna untuk memisahkan produk dari hasil samping seperti gliserol yang lebih larut dalam air. Selain itu, katalis sodium metanolat dan reagen metanol juga lebih larut didalam air, sehingga didalam fasa organik (n-heksana) diinginkan hanya ada metil ester saja. Ada kemungkinan didalam fasa organik terdapat sedikit molekul akuades sehingga ditambahkan padatan natrium sulfat anhidrat untuk menarik air membentuk hdrat sesuao dengan reaksi berikut:
Setelah itu padatan diuapkan melalui evaporasi. Hasil yang didapatkan diharapkan hanya metil ester asam lemak saja karena pelarut n-heksana sudah diuapkan melalui evaporasi. Hasil metil ester dianalisis dengan kromatografi gas.
Kolom kromatografi yang dipakai adalah carbowax dengan suhu running 280°C dan gas pembawa H2 dengan laju alir 40 mL/menit. Carbowax adalah kolom yang dibuat dar polimer karon sehingga sifatnya jauh lebih nonpolar daripada gas H2 sebagai fasa gerak. Jadi asam lemak dengan polaritas lebih rendah akan tertahan lebih lama didalam kolom dan memiliki waktu retensi yang lama. Penurunan polaritas asam lemak biasanya diakibatkan pertambahan rantai atom karbon yang ditandai dengan kenaikan berat molekul dari asam lemak tersebut. Kepolaran asam lemak dapat meningakat dengan keberadaan ikatan rangkap yang kaya elektron. Jadi asam lemak jenuh deangn berat molekul besar akan memiliki waktu retensi yang lama.
Jika ditinjau mekanisme reaksi transesterifikasi, dapat diberikan lebih dari satu mekanisme reaksi. Berikut adalah salah satu prediksi mekanisme reaksi transesterifikasi:
Tahap 1: kesetimbangan metanol-metanolat
Tahap 2: serangan nukleofil pada trigliserida
Tahap 2 berlangsung juga pada 2 gugus osil R’, sehingga didapatkan reaksi bersih berikut:
Dari hasil analisis dengan kromatografi didapatkan hasil kromatogram dengan data yang telah dipaparkan pada bagian hasil percobaan. Jika dilihat ada beberapa puncak yang bergeser sedikit seperti puncak 1 pada kromatogram A (tr= 5,177 menit) bergeser sedikit menjadi puncak 1 pada kromatogram B (tr= 5,224 menit). Kedua puncak ini merupakan komponen yang sama, sedikit pergeseran dapat terjadi akibat kondisi pengukuran yang sedikit berbeda. Puncak-puncak tersebut dibandingkan dengan standar pada pedoman GC keluaran Sigma-Aldrich dengan kolom omegawax karena tidak ada standar dengan kolom carbowax pada pedoman tersebut. Didapatkan kandungan asam lemak pada sampel adalah asam butirat (Puncak 1 kromatogram A, 1B, 1C), asam kaproat (2A, 2B, 2C), asam kaprilat (3A, 3B, 3C), asam kaprat (4A, 4B, 4C), asam undekanoat (5A), dan asam laurat (6A, 5B). Semuanya adalah asam lemak jenuh, yang merupakan karakteristik lipida golongan lemak. Ketidak akuratan analisis kualitatif ini disebabkan kurangnya informasi standar dengan kolom, gas pembawa, dan kondisi running yang sesuai.
V. Kesimpulan
1. Lemak/ minyak dapat ditransesterifikasi dengan reaktan metanol dan katalis sodium metanolat membentuk metil ester asam lemak.
2. Hasil analisis sampel dengan kromatografi gas menunjukkan adanya asam butirat (tr= 5,2 menit, asam kaproat (tr= 14,1 menit), asam kaprilat (tr= 16,75 menit), asam kaprat (tr= 19,0 menit), asam undekanoat (tr= 19,5 menit), dan asam laurat (tr= 21,2 menit) sebagai asam lemak penyusun lipida pada sampel.
VI. Daftar Pustaka
Anonim, 2008, Fatty Acid (FAME) Application Guide. Supelco Analytical, Sigma-Aldrich.
Harvey, D., 2000, Modern Analytical Chemistry, McGraw-Hill, New York
Kwon, T., Yun, K., 2016, One– step production of biodisel through simultaneousmesterification and transesterification from highly acidic unrefined feedstock over efficient and recyclable ZnO nanostar catalyst, J.Ren. Eng., 70, 450-457
Nelson, D.L., Cox, M.M., 2005, Lehninger Principles of Biochemistry, Mc Graw-Hill, New York
Syamsuddin, Y., Murat, M.N., Hameed, B.H., 2016, Synthesis of fatty acid methyl ester from the transesterification of high and low acid conten crude palm oil and karanj oil over a calcium-lanthanum-aluminum mixed oxides catalyst, J. Biores. Tech., 214, 248-252
VII. Lembar Pengesahan
Yogyakarta, 1 Agustus 2016
Asisten Pembimbing Praktikan
Tidak ada komentar:
Posting Komentar