Studi Pengurangan Bilangan Asam, Bilangan Peroksida dan Absorbansi dalam Proses Pem urnian Minyak Goreng Bekas dengan Zeolit Alam Aktif

Transkripsi

1 Jurnal Rekayasa Kim ia dan Lingkungan Vol. 6, No., hal. 7-, 007 I SSN Studi Pengurangan Bilangan Asam, Bilangan Peroksida dan Absorbansi dalam Proses Pem urnian Minyak Goreng Bekas dengan Zeolit Alam Aktif W idayat Jurusan Teknik Kim ia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Sem arang Jl. Prof Soedarto SH Tembalang yayat_99@yahoo.com Abstrak Penelitian awal peningkatan kualitas m inyak goreng dengan adsorbsi dengan zeolit telah dilakukan. Hasil penelitian m enunjukkan bahwa ukuran zeolit dan perbandingan m assa zeolit m erupakan variabel yang berpengaruh. Penelitian ini bertujuan untuk m em peroleh m odel m atem atika dan kondisi optim um pada proses pem urnian m inyak goreng dengan zeolit. Param eter yang diam ati adalah bilangan asam, bilangan peroksida dan absorbansi. Proses optim asi m enggunakan m etode respon perm ukaan/ central com posite. Pengolahan data m enggunakan perangkat lunak Statica 6. Hasil penelitian diperoleh kondisi optimum untuk bilangan asam optim um sebesar,7 bilangan peroksida sebesar,84, kadar air sebesar,9 % dan absorbansi sebesar 0, dicapai pada masa zeolit 9,07 gram dan diam eter zeolit,69 m m. Model m atem atika untuk penurunan bilangan asam, bilangan peroksida, dan absorbansi secara beurutan adalah: =, ,08X + 0,356 X + 0,000X 0,034 X X 0, 099 X =,3305, X 3,576 X + 0,086 X + 0,3749X X, X 3-0,9X - 0,000X = 0, ,0057X + 0,0006X X + 0,0568X Kata kunci: absorbansi, adsorbsi, bilangan asam, bilangan peroksida, zeolit. Pendahuluan Kerusakan m inyak akan m em pengaruhi m utu dan nilai gizi bahan pangan yang digoreng. Minyak yang rusak akibat proses oksidasi dan polim erisasi akan menghasilkan bahan dengan rupa yang kurang m enarik dan cita rasa yang tidak enak, serta kerusakan sebagian vitam in dan asam lem ak esensial yang terdapat dalam m inyak. Oksidasi m inyak akan m enghasilkan senyawa aldehida, keton, hidrokarbon, alkohol, lakton serta senyawa arom atis yang m em punyai bau tengik dan rasa getir. Sedangkan pem bentukan senyawa polim er selam a proses m enggoreng terjadi karena reaksi polim erisasi adisi dari asam lemak tidak jenuh. Hal ini terbukti dengan terbentuknya bahan m enyerupai gum yang m engendap di dasar tem pat penggorengan (Ketaren, 986). Alternatif penanganan m inyak goreng bekas adalah m engolah m inyak goreng bekas m enggunakan zeolit alam yang telah diaktifkan atau zeolit aktif. Hal ini telah dilakukan oleh beberapa peneliti (Widayat dkk., 005a dan Widayat dkk., 005b). Dengan pem akaian zeolit, kualitas minyak goreng akan m eningkat karena asam lem ak bebasnya akan terserap oleh zeolit alam. Hal ini juga ditunjang bahwa, negara I ndonesia m em iliki kandungan zeolit alam yang cukup m elim pah dengan kem urnian lebih dari 84 % (Subagjo, 998), m isalkan di Lam pung dan Malang. Selam a ini, zeolit alam hanya digunakan secara langsung sebagai penyubur tanah dan pencam pur m akanan ternak. Penelitian pengolahan minyak goreng bekas telah banyak dilakukan dan banyak juga yang m enghasilkan tem uan dalam bentuk paten. Proses pengolahan minyak goreng bekas telah dilakukan oleh Wulyoadi dkk. (004), dim ana m inyak goreng bekas dim urnikan dengan m em bran. Hasil yang diperoleh m enunjukkan bahwa minyak goreng hasil pem urnian m engalam i penurunan bilangan asam dan peroksida, nam un belum m em enuhi persyaratan (SNI, 988). Dem ikian juga dengan penelitian yang dilakukan oleh Sum arni dkk. (004) dengan m enggunakan bentonit dan arang aktif untuk penjernihan m inyak goreng bekas. Hasil yang diperoleh untuk bilangan asam dan peroksida juga m engalam i penurunan, nam un belum m em enuhi spesifikasi SNI. Widayat dkk. (005b) m elakukan penelitian pendahuluan untuk m eningkatkan kualitas m inyak goreng bekas dengan m enggunakan

2 8 Widayat / Jurnal Rekayasa Kim ia dan Lingkungan Vol. 6 No. zeolit aktif. Hasil penelitian m enunjukkan bahwa bilangan asam dan bilangan peroksida m engalam i penurunan sam pai m em enuhi SNI. Hasil yang lain m enunjukkan bahwa variabel ukuran zeolit dan m assa zeolit m erupakan variabel proses yang paling berpengaruh terhadap proses pem urnian m inyak goreng bekas. Lopez (990) menem ukan proses pengolahan m inyak goreng dengan cara m engkontakan dengan larutan yang m engandung ethylen diam in tetra asam asetat, n-propil-3,4,5 trihidrobenzoat, m ono-tertilbutil hidroquinone. (Bernard dkk., 99) m enem ukan adsorbent dengan kom posisi 5-35% karbon akt if, 5-40% kalsium silikat, m agnesium silikat atau cam puran keduanya, 5-40% serat selulosa, % resin binder dan 0-3% tanah diatom. Munson (997) m engolah minyak goreng bekas dengan cara m engkontakan dengan m agnesium silikat dan sedikit alkali, dim ana dapat m ereduksi asam lem ak bebas dalam m inyak. Filter yang digunakan harus disintesa sehingga m em butuhkan biaya yang m ahal. Nagasaku dkk. (00) m enem ukan m etode pengolahan limbah m inyak dengan m enam bahkan senyawa alkali, dan Levy (003) m enem ukan m etode dan kom posisi untuk m emurnikan minyak yang dapat dikonsum si yaitu silika, asam alum ina, tanah liat dan asam sitrat. Minyak m erupakan trigliserida yang tersusun atas tiga unit asam lem ak, berwujud cair pada suhu kam ar (5 C) dan lebih banyak m engandung asam lem ak tidak jenuh sehingga m udah m engalam i oksidasi (Bekkum dkk., 98). Zeolit m erupakan m ineral yang terdiri dari kristal aluminosilikat terhidrasi yang m engandung kation alkali atau alkali tanah dalam kerangka tiga dim ensinya. I on-ion logam tersebut dapat diganti oleh kation lain tanpa m erusak struktur zeolit dan dapat m enyerap air secara reversibel (Bekkum dkk., 98). Kerangka dasar struktur zeolit terdiri dari unit-unit tetrahedral AlO 4 dan SiO 4 yang saling berhubungan m elalui atom O dan di dalam struktur tersebut Si 4+ dapat diganti dengan Al 3+ sehingga rum us em piris zeolit m enjadi : M / n O.Al O 3.SiO.yHO () Dim ana: M = kation alkali atau alkali tanah n = valensi logam alkali = bilangan tertentu ( s/ d 0) y = bilangan tertentu ( s/ d 7) Zeolit terdiri dari 3 kom ponen yaitu kation yang dipertukarkan, kerangka aluminosilikat dan fase air. I katan ion Al Si O m em bentuk struktur kristal sedangkan logam alkali m erupakan sum ber kation yang m udah dipertukarkan (; 4). Karena dalam struktur zeolit m uatan ion Al 3+ lebih kecil daripada Si 4+ m aka ion Al 3+ cenderung bersifat negatif dan m engikat kation alkali atau alkali tanah untuk dinetralkan m uatannya. Kation alkali atau alkali tanah dalam zeolit inilah yang selanjutnya dim anfaatkan dalam proses ion echange (Sutarti dan Rachm awati, 994). Zeolit alam yang telah diaktivasi dengan asam m ineral (H SO 4 ), akan lebih tinggi daya pem ucatnya karena asam m ineral tersebut bereaksi dengan kom ponen berupa garam Ca dan Mg yang m enutupi pori pori adsorben. Di sam ping itu asam m ineral m elarutkan Al O 3 sehingga dapat m enaikkan perbandingan jum lah SiO dan Al O 3 dari (-3) : m enjadi (5 6) :. Zeolit dengan perbandingan jum lah SiO dan Al O 3 tinggi bersifat hidrofilik dan akan m enyerap m olekul yang tidak polar (Sutarti dan Rachm awati, 994).. Metodologi Percobaan dilakukan dengan m em asukkan m inyak goreng bekas dan zeolit alam yang telah diaktivasi dengan m assa dan diam eter tertentu ke dalam beaker glass seperti pada gam bar. Proses adsorbsi dilakukan pada suhu 60 C selam a 5 m enit dan kecepatan pengadukan skala 4. Analisa hasil percobaan m eliputi 4 param eter, yaitu bilangan asam yang diukur dengan m etode titrasi asam basa, bilangan peroksida dengan m etode iodom etri, kadar air dengan m etode oven terbuka dan tingkat absorbansi m enggunakan spectrofotom eter (spectronic 0) (Sudarm adji dan Haryono, 995; SNI, 998). 3. Hasil dan Pem bahasan Param eter yang diperoleh dari hasil penelitian (Widayat dkk., 005b), yaitu variabel ukuran zeolit dan m assa zeolit selanjutnya dioptim asi dengan m etode respon perm ukaan/ central com posite terhadap param eter bilangan asam, bilangan peroksida, absorbansi dan kadar air. Pengolahan data m enggunakan perangkat lunak Statistica 6.

3 Widayat / Jurnal Rekayasa Kim ia dan Lingkungan Vol. 6 No. 9 Validasi data dengan m em bandingkan nilai prediksi dengan hasil pengam atan terhadap bilangan asam. Hasil validasi seperti disajikan dalam Gam bar. terlihat bahwa nilai MS (m ean square) residual sebesar 0,04. Mean square residual m erupakan selisisih rata-rata kuadrat antara hasil pengam atan dan nilai prediksi. Sem akin kecil MS residual sem akin sedikit penyim pangan yang terjadi. MS residual untuk bilangan asam m em perlihatkan bahwa hasil pengam atan telah sesuai dengan nilai prediksi atau sedikit m engalam i penyim pangan sehingga persam aan dapat diterapkan untuk penentuan bilangan asam Predicted Value Observed Value Gam bar. Rangkaian alat percobaan 4. Model Em piris Bilangan Asam dan Validasi Hubungan em piris antara bilangan asam dengan variabel berubah dapat dinyatakan dengan persam aan berikut : =, ,08X + 0,356 X + 0,000X () 0,034 XX 0,099 X Keterangan Gam bar:. Statif. Beaker glass 3. Therm om eter 4. Magnetik stirer 5. Pengatur skala kecepatan pengadukan 6. Tom bol on/ off 7. Pengatur suhu dimana : = Bilangan asam hasil pengam atan X = Massa zeolit X = Diam eter zeolit Gam bar. Grafik Hubungan antara Nilai Prediksi dengan Hasil Pengamatan Bilangan Asam 4. Optim asi Bilangan Asam Optim asi bilangan asam dapat diprediksi m enggunakan grafik surface 3 dim ensi seperti pada gam bar 3. Optim asi bilangan asam berada dalam kondisi saddle point dengan titik kritis m assa zeolit 9,07 gram dan diam eter zeolit,69 m m sehingga didapatkan nilai bilangan asam sebesar,7. Secara teori, sem akin banyak zeolit dan sem akin kecil diam eter zeolit yang digunakan, proses adsorbsi berlangsung sem akin baik karena luas perm ukaan tem pat berlangsungnya proses adsorbsi sem akin besar. Hal ini dimungkinkan karena kecepatan pengadukan (skala 4) tidak m am pu m engaduk zeolit yang digunakan secara sem purna sehingga proses adsorbsi tidak berjalan dengan baik. 4.3 Model Em piris Bilangan Peroksida dan Validasi Model em piris bilangan peroksida dengan variabel berubah dapat ditam pilkan dengan persam aan 3. Hasil validasi data terhadap m odel dapat seperti disajikan pada Gam bar 4. = 35,3305, X + 0,086 X + 0,3749 X X 3,576 X +,4698 X (3) Dari Gambar 4, nilai MS (mean square) residual untuk bilangan peroksida sebesar 9,8098. Hal ini m enunjukkan bahwa hasil pengam atan m engalam i penyim pangan yang cukup jauh dari nilai yang diprediksikan.

4 0 Widayat / Jurnal Rekayasa Kim ia dan Lingkungan Vol. 6 No Gam bar 3. Grafik Surface 3 Dim ensi untuk Hubungan Bilangan Asam dengan Massa dan Diameter Zeolit Gam bar 5. Grafik Surface 3 Dim ensi untuk Hubungan Bilangan Peroksida dengan Massa dan Diameter Zeolit 4.5 Model Em piris Absorbansi dan Validasi Predicted Values Model m atem atika untuk hubungan absorbansi m inyak dengan variabel berubah seperti disajikan pada persam aan 4. Hasil validasi data terhadap m odel dapat seperti disajikan pada Gam bar 6. 3 = 0, ,0057X - 0,9X - 0,000X (4) + 0,0006X X + 0,0568X Observed Values Gam bar 4. Grafik Hubungan antara Nilai Prediksi dengan Hasil Pengamatan Bilangan Peroksida Dari grafik pada Gam bar 6, nilai MS residual untuk absorbansi m inyak adalah 0, Hal ini m enunjukkan bahwa hasil pengam atan m engalam i sedikit penyim pangan dari nilai prediksi dan persam aan dapat digunakan untuk m enentukan tingkat absorbansi m inyak. 4.4 Optim asi Bilangan Peroksida Optim asi bilangan peroksida dapat diprediksi m enggunakan grafik surface 3 dim ensi seperti pada Gam bar 5. Hasil optim asi bilangan asam berada dalam kondisi saddle point dengan titik kritis m assa zeolit 9,07 gram dan diam eter zeolit,69 m m sehingga didapatkan nilai bilangan asam sebesar,7. Pada karakteristik m inyak goreng bilangan asam m erupakan param eter yang utam a. Dengan kondisi yang diperoleh pada hasil diatas selanjutnya dim asukkan pada m odel m atem atika bilangan peroksida diperoleh nilai bilangan peroksida,84. Sedangkan hasil optim asi bilangan peroksida dengan m odel persam aan 3 diperoleh pada kondisi saddle point dengan titik kritis m assa zeolit 43,8 gram dan diam eter zeolit,04 m m sehingga didapatkan nilai bilangan asam sebesar 5,75. Predicted Values 0,8 0,6 0,4 0, 0,0 0,8 0,6 0,4 0, 0,0 0,08 0,04 0,06 0,08 0,0 0, 0,4 0,6 0,8 0,0 0, 0,4 0,6 0,8 Observed Values Gam bar 6. Grafik Hubungan antara Nilai Prediksi dengan Hasil Pengamatan Absorbansi Minyak 4.6 Optim asi Absorbansi Minyak Hasil grafik 3 dim ensi untuk tingkat absorbansi m inyak seperti disajikan pada Gam bar 7. Optim asi tingkat absorbansi

5 Widayat / Jurnal Rekayasa Kim ia dan Lingkungan Vol. 6 No. m inyak berada dalam kondisi saddle point dengan titik kritis m assa zeolit,0 gram dan diam eter zeolit,8 m m sehingga didapatkan nilai absorbansi m inyak goreng bekas sebesar 0.4. Hal ini dikarenakan jika digunakan zeolit yang banyak dengan diam eter yang sangat kecil, akan banyak zeolit yang larut dalam minyak sehingga m inyak sem akin keruh dan nilai adsorbansinya m eningkat. Dengan hasil yang diperoleh pada bilangan asam yaitu pada kondisi m assa zeolit 9,07 gram dan diam eter zeolit,69 m m dim asukkan ke m odel m atem atika pada persam aan 4 diperoleh hasil absorbansi sebesar 0,. 0,3 0,6 0, 0,6 0, Gam bar 7. Grafik Surface 3 Dim ensi untuk Hubungan Kadar Air dengan Massa dan Diam eter Zeolit,6,4, =,55 + 0,079X 4 0,0406 X X + 0,55X + 0,0074X 0,00X (5) Dari Gam bar 8 dapat dilihat bahwa nilai MS residual adalah 0, Nilai ini relatif besar dibandingkan dengan penyim pangan yang terjadi pada bilangan asam. 4.8 Optim asi Kadar Air Dalam Minyak Grafik surface 3 dim ensi untuk kadar air dalam m inyak dengan variabel berubah m assa dan diam eter zeolit seperti disajikan dalam Gam bar 9. Hasil optim asi penurunan kadar air berada dalam kondisi saddle point dengan titik kritis m assa zeolit 4 gram dan diam eter zeolit,6 m m sehingga didapatkan nilai kadar air sebesar,03 %. Hal ini dikarenakan daya serap adsorben (zeolit) terhadap zat yang diadsorbsi (minyak goreng bekas) tergantung pada perbedaan energi potensial antara adsorben dan zat yang diadsorbsi. Jika proses adsorbsi berlangsung, m ula m ula daya serap adsorben terhadap zat yang diadsorbsi besar karena perbedaan energi potensial besar. Tetapi jika proses berlangsung terus m enerus m aka beda energi potensial antara adsorben dan zat yang diadsorbsi sem akin kecil dan jika telah m encapai titik optim um m aka kenaikan zat yang diadsorbsi sem akin kecil m eskipun dilakukan penam bahan adsorben (Ketaren, 986). Dengan hasil yang diperoleh pada bilangan asam yaitu pada kondisi m assa zeolit 9,07 gram dan diam eter zeolit,69 m m dim asukkan ke m odel m atem atika pada persam aan 5 diperoleh hasil kadar air sebesar,9%. Predicted Values,0,8,6,4,,0 0,8-0,5 0,0 0,5,0,5,0,5 Observed Values Gam bar 8. Grafik Hubungan antara Nilai Prediksi dengan Hasil Pengamatan Kadar Air 4.7 Model Em piris Kadar Air dan Validasi Model m atem atika untuk hubungan em piris kadar air dengan variabel berubah disajikan pada persam aan 5. Hasil validasi data terhadap m odel dapat seperti disajikan pada Gam bar 8. Gam bar 9. Grafik Surface 3 Dim ensi untuk Hubungan Kadar Air dengan Massa dan Diam eter Zeolit 4. Kesim pulan Dari hasil penelitian diperoleh kesim pulan m odel m atem atika untuk hubungan 0

6 Widayat / Jurnal Rekayasa Kim ia dan Lingkungan Vol. 6 No. penurunan bilangan asam, bilangan peroksida, absorbansi dan kadar air dalam m inyak dengan variabel berubah m assa dan diam eter zeolit secara berurutan adalah sebagai berikut: =, ,08X + 0,356 X + 0,000X, 0,034 XX 0,099 X = 35,3305, X 3,576 X + 0,086 X, + 0,3749 XX +,4698 X 3 = 0, ,0057X - 0,9X - 0,000X, + 0,0006X X + 0,0568X dan =,55 + 0,079X + 0,55X 0,00X. 4 0,0406 X X + 0,0074 X Kondisi optim um diperoleh bilangan asam optim um sebesar,7 bilangan peroksida sebesar,84, kadar air sebesar,9 % dan absorbansi sebesar 0, dicapai pada m asa zeolit 9,07 gram dan diam eter zeolit,69 m m. Ucapan Terim a Kasih Pada kesem patan ini penulis m engucapkan Terim a Kasih kepada Dam ar Pracoyo dan Dwi Apriyanti, yang telah m em bantu selam a pelaksanaan penelitian ini. Daftar Pustaka Bekkum, H. V., Flanigen, E. M., Jansen, J. C. (99) I ntroduction to zeolite science and practise, Elsevier, Netherland. Bernard, Robin D., Gardner, John, G., Ueki J., (99) Cooking oil filter, US Paten No Bertram, B, Abram s, C, Kauffm an, J. (00) Adsorbent filtration system for treating used cooking oil or fat in frying operations, US Paten No Ketaren, S. (986) Pengantar teknologi m inyak dan lem ak pangan, Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta. Lopez, M. (990) Process for the treatm ent of frying and/ or cooking oil, US Paten No Levy (003) Methods and com positions for purifying edible oil, US Paten No Munson, J. R. (997) Treatm ent of cooking oils and fats with m agnesium silicate and alkali m aterials, US Paten No Nagasaku, K., Matsunaga, A, Jang, S. (00) Treatm ent m ethod of waste oil or waste edible oil, US Paten No Richardson, J. T. (989) Principles of catalyst developm ent, Plenum Press, New ork. Subagjo (998) Zeolit, Laboratorium Konversi Termokimia, Institut Teknologi Bandung, I ndonesia. Sudarm adji, S, Haryono B. (995) Prosedur analisa untuk bahan m akanan dan pertanian, 3th edition, Liberti, ogyakarta Sum arni, Hadi Prasetyo S, Pala, Z.N., Suryono, R. (004) Pengaruh waktu aktifasi, konsentrasi pelarut, ukuran bentonit dan berat arang aktif pada proses penjernihan m inyak goreng bekas m enggunakan bentonit aktif dan arang aktif, Prosiding Sem inar Nasional Fundam ental dan Aplikasi Teknik Kim ia, Jurusan Teknik Kim ia, FTI, I TS Surabaya. Sutarti, M., Rachm awati, M. (994) Zeolit tinjauan literatur, Pusat Dokum entasi dan I nform asi I lmiah, Lem baga I lm u Pengetahuan I ndonesia, Jakarta. SNI (998) Cara uji m inyak dan lem ak, Badan Standardisasi Nasional, I ndonesia Widayat, Pracoyo, D., Apriyanti, D. (005a) Studi awal peningkatan kualitas m inyak goreng bekas dengan zeolit alam, Prosiding Makalah Sem inar Nasional Kejuangan Teknik Kim ia 005, Jurusan Teknik Kim ia, FTI UPN Veteran ogyakarta, 5-6 Januari 005. Widayat, Suherm an, Haryani, K. (005b) Optim asi proses adsorbsi m inyak goreng bekas dengan adsorbent zeolit alam : Studi pengurangan bilangan asam, Prosiding Sym posium Nasional Rekayasa Aplikasi dan Perancangan I ndustri, Fak. Teknik Universitas Muham m adiyah Surakarta. Wulyoadi, Sasm ito, Kaseno (004) Pem urnian m inyak goreng bekas dengan m enggunakan filter m em bran, Prosiding Sem inar Rekayasa Kim ia dan Proses, Teknik Kimia Universitas Diponegoro, Sem arang.