Ester merupakan sebatian organik yang amat berguna dan mempunyai aplikasi yang luas dalam bidang industri dan domestik. Isoamil asetat tergolong dalam keluarga ester dan merupakan bahan penting yang digunakan sebagai bahan tambahan dalam industri perisa dan wangian disebabkan oleh aroma pisangnya. Selain itu, ia juga digunakan sebagai pelarut cat, salutan, pelekat, selulosa, plastic dan lemak. Akibatnya, permintaan isoamil asetat semakin meningkat di tahun kebelakangan ini. Hal ini mendorong penyelidik untuk mengkaji penghasilan isoamil asetat dan mencari keadaan optimum untuk menghasilkannya. Penghasilan isoamil asetat melalui cara biokimia termasuk esterifikasi di antara asetat anhidrat dan isoamil alkohol dengan menggunakan enzim. Isoamil asetat yang dihasilkan melalui cara ini adalah bebas daripada pencemar kimia dan mendapat label ‘semulajadi’. Penggunaan enzim sebagai mangkin biologi adalah lebih berfaedah disebabkan oleh keadaan operasi yang sederhana dan pemulihan produk yang mudah. Objektif kerja kajian ini adalah untuk mencadangkan mekanisme tindak balas dan menghasilkan model untuk penghasilan isoamil asetat daripada isoamil alkohol dan asetat anhidrat dengan menggunakan lipase candida antarctica dalam sistem yang bebas daripada pelarut. Mekanisme tindak balas Ping-Pong Bi-Bi dengan perencatan enzim oleh asetat anhidrat dan asid asetik didapati merupakan mekanisme yang paling baik untuk menggambarkan tindak balas ini. Parameter-parameter model yang tidak diketahui nilainya akan dikira supaya perbezaan ramalan model dengan keputusan eksperimen dapat dikurangkan dan tugasan ini akan dilakukan oleh “Solver Tool” dalam Microsoft Excel. Ramalan model didapati hampir sama dengan data eksperimen (Ralat purata = 8.08%). Seterusnya, model tersebut dipindahkan ke dalam blok Simulink. Empat pemboleh ubah yang mempengaruhi hasilan ester (output model) adalah suhu, kepekatan enzim, nisbah asetat anhidrat kepada isoamil alkohol (Ac/Al nisbah) dan masa. Simulasi model menunjukkan bahawa hasilan ester menurun dengan suhu ketika Ac/Al nisbah adalah rendah (=1), namun, trend yang sebaliknya diperhatikan jika Ac/Al nisbah adalah tinggi (=2.5). Selain itu, kadar tindak balas adalah lebih cepat sekiranya kepekatan enzim lebih tinggi, tetapi keseimbangan tindakan balas tidak akan diganggu oleh kepekatan enzim yang semakin meningkat berdasarkan keputusan modal simulasi. Akhir sekali, hasil ester semakin meningkat dengan Ac/Al nisbah sehingga titik optimum dicapai pada Ac/Al = 1.5.
_______________________________________________________________________________________________________
Ester is very useful organic compound that has wide variety of applications in industry and domestic sector. Isoamyl acetate is categorized under the family of ester and it is an important substance which is used as additives in flavour and fragrance industry for its banana aroma. Moreover, it is also used as solvents for paints, coatings, adhesives, cellulose, plastics, fats and wood stains. Consequently, the isoamyl acetate demand is increasing in the recent years. This has encouraged researchers to study the synthesis of isoamyl acetate and look for the optimum condition for its production. Isoamyl acetate production via biochemical route includes enzymatic esterification of acetate anhydride and isoamyl alcohol. Isoamyl acetate that is produced via this route is free of chemical pollutants and obtains the ‘natural’ label. The utilization of enzymes as biocatalyst is more advantageous due to its moderate operating condition and easy product recovery. The objective of this work is to propose a reaction mechanism and develop a model for the synthesis of isoamyl acetate from acylation of isoamyl alcohol with acetate anhydride using lipase from candida antarctica in solvent-free system. Ping-Pong Bi-Bi reaction mechanism with acetic anhydride and acetic acid inhibition is found to be the best mechanism to describe this reaction. Unknowns parameters of the model developed are obtained by minimizing deviation of model prediction from experimental result and it is performed by the Solver Tool in Microsoft Excel. The model prediction is found to match the experimental data quite well (Average error = 8.08%). The model is then translated into Simulink block. Four variables which affects ester yield (model output) are temperature, enzyme concentration, molar ratio of acetic anhydride to isoamyl alcohol (Ac/Al ratio) and time. Model simulation shows that ester yield is decreasing with temperature under low Ac/Al ratio (=1) while the inverse trend is observed under high Ac/Al ratio (=2.5). On the other hand, reaction rate is faster under higher enzyme concentration, however, the reaction equilibrium is not altered as enzyme concentration is increasing based on the model simulation result. Last but not least, ester yield is increasing with Ac/Al ratio until an optimum point is obtained at Ac/Al = 1.5.
Process modelling of isoamyl acetate synthesis catalyzed by lipase from candida antarctica in solvent-free system / Leong Sim Siong