2007 FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR

Transkripsi

1 PENJERNIHAN EKSTRAK DAUN STEVIA (Stevia rebaudiana Bertoni) DENGAN ULTRAFILTRASI ALIRAN SILANG Oleh : Fifi Isdianti F FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 1

2 PENJERNIHAN EKSTRAK DAUN STEVIA (Stevia rebaudiana Bertoni) DENGAN ULTRAFILTRASI ALIRAN SILANG SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh : Fifi Isdianti F FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2

3 INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN PENJERNIHAN EKSTRAK DAUN STEVIA (Stevia rebaudiana Bertoni) DENGAN ULTRAFILTRASI ALIRAN SILANG SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh : Fifi Isdianti F Dilahirkan pada tanggal 30 Desember 1983 di Jambi Tanggal lulus : Mei 2007 Disetujui oleh : Bogor, Mei 2007 Dr. Ir. Erliza Noor Dosen Pembimbing 3

4 SURAT PERNYATAAN Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul Penjernihan Ekstrak Daun Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni) Dengan Ultrafiltrasi Aliran Silang adalah karya asli saya sendiri, dengan arahan dosen pembimbing akademik, kecuali dengan jelas rujukannya. Bogor, Mei 2007 Yang Menyatakan Pernyataan Nama : Fifi Isdianti Nrp : F

5 Fifi Isdianti. F Penjernihan Ekstrak Daun Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni) Dengan Ultrafiltrasi Aliran Silang. Dibawah bimbingan Erliza Noor RINGKASAN Industri makanan, minuman dan suplemen menggunakan bahan pemanis sebagai penambah cita rasa pada produk mereka. Bahan pemanis terbagi atas dua macam yaitu pemanis alami dan pemanis buatan. Bahan pemanis alami yang biasa digunakan adalah gula sukrosa atau gula tebu. Namun gula tebu/gula sukrosa memiliki kelemahan yaitu memiliki nilai kalori tinggi sehingga dapat menyebabkan kegemukan dan diabetes. Industri melirik ke pemanis buatan karena memiliki tingkat kemanisan tinggi dan rendah kalori. Namun pemanis buatan memiliki bersifat karsinogenik. Untuk itu dicari alternatif penggunaan pemanis alami yang memiliki tingkat kemanisan tinggi, rendah kalori, non-karsinogenik. Salah satu pemanis alami tersebut adalah pemanis stevia dari daun tanaman stevia. Pemanis stevia diperoleh dari ekstrak daun stevia menggunakan pelarut polar seperti metanol, etanol, dan spiritus. Proses kedua yaitu pemurnian atau penjernihan umumnya dilakukan dengan cara pertukaran ion, menggunakan kolom absorbsi kromatografi, atau penjernihan dengan pelarut. Penggunaan pelarut kimia dikhawatirkan masih menyisakan pelarut pada produk. Untuk itu digunakan alternatif pelarut polar yang aman seperti air untuk mengesktraksi daun stevia. Penjernihan ekstrak daun stevia dilakukan dengan menggunakan membran ultrafiltrasi karena tidak adanya penambahan bahan kimia. Penelitian bertujuan untuk mempelajari penjernihan ekstrak daun stevia dengan ultrafiltrasi aliran silang. Modul tubular yang dilengkapi dengan membran polietersulfon MWCO Dalton. Penelitian melihat pengaruh tekanan transmembran, kecepatan alir dan konsentrasi umpan terhadap fluksi, dan rejeksi membran dalam penjernihan pemanis stevia (steviosida) Produksi pemanis stevia dilakukan dengan dua tahap. Tahap pertama yaitu penentuan suhu pengeringan dan suhu ekstraksi berdasarkan dengan pengukuran konsentrasi steviosida. Suhu pengeringan daun stevia yaitu 60 o C, 80 o C, dan 100 o C dan suhu ekstraksi daun stevia dengan pelarut air yaitu 25 o C, 40 o C, 60 o C, dan 100 o C. Tahap kedua penjernihan dengan menggunakan membran ultrafiltrasi aliran silang. Pengamatan yang dilakukan antara lain pengaruh tekanan transmembran (1.49 bar, 1.61 bar, 1.65 bar, dan 1.87 bar), kecepatan alir ( m/s, m/s, dan 0.02 m/s), dan konsentrasi umpan (20.4 g/l dan 28.7 g/l) terhadap fluksi, tingkat rejeksi membran terhadap steviosida, kenaikan konsentrasi larutan stevia dan karakteristik hasil larutan stevia. Pada tahap pertama, konsentrasi steviosida tertinggi (8.9 g/l) diperoleh pada suhu pengeringan daun dan suhu mengekstrak daun yang digunakan adalah suhu 60 o C dan suhu 100 o C. Hasil pengamatan pada pengaruh tekanan transmembran terhadap fluksi, diperoleh fluksi yang tinggi sebesar L/m 2.jam pada tekanan transmembran 1.87 bar dengan konsentrasi 20.4 g/l dan kecepatan alir 0.02 m/s. Tingkat rejeksi yang diperoleh dalam penjernihan larutan ekstrak daun stevia dengan membran ultrafiltrasi aliran silang yaitu antara persen. Tingkat kejernihan ekstrak daun stevia adalah persen kejernihan (%T) dan kadar abu. Persen kejernihan meningkat pada tekanan transmembran yang tinggi (1.87 bar dengan kecepatan alir 0.02 m/s) sebesar 64% dan penurunan kadar abu sebesar 5

6 62%. Pada kecepatan alir yang rendah ( m/s dengan tekanan transmembran 1.61 bar), persen kejernihan meningkat sebesar 60% dan penurunan kadar abu sebesar 59%. Peningkatan kejernihan larutan ekstrak daun stevia dapat dilakukan dengan membran ultrafiltrasi aliran silang pada kondisi tekanan transmembran yang tinggi (1.87 bar) dan kecepatan alir rendah ( m/s). Pada kondisi tekanan transmembran tertinggi 1.87 bar dengan konsentrasi larutan umpan stevia 20.4 g/l dan kecepatan alir 0.02 m/s menghasilkan nilai fluksi tertinggi dan rejeksi terendah. 6

7 Fifi Isdianti. F Clarification of the Extract of Stevia Leaves (Stevia rebaudiana Bertoni) using Cross Flow Ultrafiltration. Supervised by Erliza Noor SUMMARY Industry of food, beverage and food supplement use sweetener to improve the flavor of their products. Sweeteners are categorized into two kinds, namely natural sweetener and artificial sweetener. Natural sweeteners which are commonly used are sucrose sugar or cane sugar. However, cane sugar/sucrose sugar has weakness, namely high content of calories, which can cause obesity and diabetes. Industries try to study the possibility of using artificial sweetener because of its high level of sweetness and low calories. However, artificial sweetener is carcinogenic. Therefore, the use of alternative natural sweetener which has the properties of high level of sweetness, low calories and non carcinogenic, is sought after. One such natural sweetener is stevia sweetener, derived from stevia plant leaves. Stevia sweetener is obtained from the extraction of stevia leaves using polar solvent such as methanol, ethanol and methylated spirit. The second process is purification or clarification which is usually conducted by ion exchange process, using chromatography absorption column, or clarification using solvent. It is worrying that the use of chemical solvent could leave residue on the product. Therefore it is necessary to use alternative safe polar solvent, such as water for extracting the stevia leaves. Clarification of the stevia leaf extract is conducted by using ultrafiltration membrane due to absence of chemicals addition. The objective of this research was learning the clarification of the stevia leaf extract using cross flow ultrafiltration. Tubular module is equipped with polyethersulfone MWCO Dalton. This research observed the effect of transmembrane pressure, cross flow velocity and feed concentration, on flux and membrane rejection in clarifying the stevia sweetener (stevioside). Production of stevia sweetener was conducted in two stages. The first stage was determination of the drying temperature and extraction temperature on the basis of measurement of stevioside concentration. Temperatures for drying stevia leaves were 60 o C, 80 o C and 100 o C, while temperatures for stevia leaves extraction with water solvent were 25 o C, 40 o C, 60 o C and 100 o C. the second stage of clarification used cross flow ultrafiltration membrane. The observations comprised among other things the effect of transmembrane pressure (1.49 bar, 1.61 bar, 1.65 bar, dan 1.87 bar), cross flow velocity ( m/s, m/s, dan 0.02 m/s) and feed concentration (20.4 g/l dan 28.7 g/l) on flux, level of membrane rejection on stevioside, increase in stevia solution concentration, and characteristics of stevia solution product. In the first stage, the highest stevioside concentration (8.9 g/l) was obtained at leaves drying temperature and leaves extraction temperature of 60 o C and 100 o C respectively. Observation of the effect of transmembrane pressure on flux, showed that the highest flux was L/m 2.hour at transmembrane pressure of 1.87 bar and concentration of 20.4 g/l and cross flow velocity of 0.02 m/s. rejection level in the clarification of extract solution of stevia leaves with cross flow ultrafiltration membrane were between percent. Level of clarity of stevia leaves extract were percentage of clarity (%T) and ash content. At high 7

8 membrane pressure (1.87 bar and cross flow velocity of 0.02 m/s), percentage of clarity increased by 64% and ash content decrease was 62%. At low cross flow velocity ( m/s and transmembrane pressure of 1.61 bar) percentage of clarity increased by 60% and ash content decrease was 59%. Increasing the clarity of stevia leaves could be conducted with cross flow ultrafiltration membrane at high transmembrane pressure condition (1.87 bar and cross flow velocity of 0.02 m/s) and at low cross flow velocity ( m/s with transmembrane pressure of 1.61 bar). At highest transmembrane pressure condition of 1.87 bar with stevia feed solution concentration of 20.4 g/l and cross flow velocity of 0.02 m/s, highest flux value and lowest rejection were obtained. 8

9 KATA PENGANTAR Alhamdulillahirabbil alamin, Puji dan syukur penulis kepada Allah SWT, karena atas rahmat dan karunia-nya penulis mampu menyelesaikan penelitian dan menyusun skripsi dengan judul Penjernihan Ekstrak Daun Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni) Dengan Ultrafiltrasi Aliran Silang dengan baik. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih yang tulus atas bantuan dan dukungan yang telah diberikan oleh berbagai pihak selama penulis melakukan penelitian hingga penyusunan skripsi. Rasa terima kasih penulis sampaikan kepada : 1. Kedua orang tua penulis yang tercinta atas doa yaitu Zulfiati dan Zulpan Munir, nasihat dan kasih sayang yang tak pernah terputus serta adik adik (Hendra dan Dafit) penulis atas semangat dan doa yang telah diberikan kepada penulis. 2. Dr. Ir. Erliza Noor sebagai dosen pembimbing akademik atas dorongan dan saran yang diberikan mulai dari persiapan penelitian hingga terselesaikannya skripsi ini. 3. Dr. Ir. Suprihatin selaku dosen penguji atas saran, kritik, dan fasilitas yang telah diberikan. 4. Ir. Indah Yuliasih, MSi. selaku dosen penguji atas saran, kritik dan kesediaan untuk meluangkan waktu. 5. Fitri, Harti, Eva, Yoga, Santo dan Vico terima kasih atas semangat dan kebersamaannya. 6. Beny Budiansyah atas doa, semangat, saran dan kritiknya. 7. Yeni dan Fatma yang bersedia membantu penulis selama penelitian. 8. Ibu Rini, Pak Gunawan, Pak Sugiardi dan para laboran di laboratorium TIN. 9. Rekan rekan TIN angkatan 39 seperjuangan. 10. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca yang membutuhkannya. Bogor, Mei 2007 Penulis 9

10 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... DAFTAR LAMPIRAN... I. PENDAHULUAN... A. LATAR BELAKANG... B. TUJUAN... II. TINJAUAN PUSTAKA... A. TANAMAN STEVIA... B. STEVIA SEBAGAI PEMANIS ALAMI... C. EKSTRAKSI PEMANIS STEVIA... D. TEKNOLOGI MEMBRAN Filtrasi Membran Bahan Membran Jenis Modul Membran... E. MEMBRAN ULTRAFILTRASI... F. KONDISI PROSES FILTRASI MEMBRAN... G. PENJERNIHAN PEMANIS STEVIA... III. METODOLOGI... A. BAHAN DAN ALAT... B. PROSEDUR PENELITIAN... IV. HASIL DAN PEMBAHASAN... A. Penentuan suhu pengeringan dan suhu ekstraksi daun stevia... B. Penjernihan Larutan stevia dengan Ultrafiltrasi Fluksi Air Kondisi Tunak Fluksi Larutan Stevia Pengaruh Tekanan Transmembran Terhadap Fluksi Pengaruh Kecepatan Alir Terhadap Fluksi Pengaruh Konsentrasi Larutan Stevia Terhadap Fluksi... Halaman i ii iv vi vii

11 6. Tingkat Rejeksi Membran dan kenaikan konsentrasi C. Karakteristik Larutan Stevia D. PEMBAHASAN UMUM V. KESIMPULAN DAN SARAN A. KESIMPULAN B. SARAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

12 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Tanaman Stevia rebaudiana Bertoni M... 3 Gambar 2. Struktur molekul steviosida... 6 Gambar 3. Struktur kimia polietersulfon Gambar 4. Modul membran Hollow fiber Gambar 5. Modul membran Tubular Gambar 6 (a). Modul membran Spiral Wound Gambar 6 (b). Modul membran Flat Plate Gambar 7. Karakteristik proses membran Gambar 8. Sistem Aliran Umpan Pada Membran Gambar 9. Diagram alir proses filtrasi dengan membran Ultrafiltrasi Gambar 10. Kadar air daun selama pengeringan Gambar 11. Larutan stevia setelah ekstraksi Gambar 12. Konsentrasi steviosida larutan stevia pada berbagai suhu pengeringan dan suhu ekstraksi Gambar 13. Kadar gula total larutan stevia pada berbagai kondisi suhu pengeringan dan ekstraksi Gambar 14. Hubungan antara lama filtrasi dengan fluksi pada air destilata pada tekanan 1.87 bar, kecepatan alir 0.04 m/s Gambar 15. Grafik hubungan antara lama filtrasi larutan stevia dengan fluksi pada kecepatan 0.02 m/s dan tekanan 1.23 bar Gambar 16. Grafik hubungan antara tekanan transmembran terhadap fluksi pada beberapa konsentrasi dan kecepatan alir 0.02 m/s Gambar 17. Hubungan tekanan transmembran dengan fluksi pada air destilata dan kecepatan alir 0.04 m/s Gambar 18. Grafik hubungan antara kecepatan alir dengan nilai fluksi pada berbagai konsentrasi dan tekanan transmembran 1.61 bar Gambar 19. Grafik hubungan antara konsentrasi larutan stevia dengan nilai fluksi pada tekanan transmembran 1.61 bar, kecepatan alir 0.02 m/s Gambar 20. Perubahan ph pada berbagai konsentrasi umpan steviosida dan tekanan Gambar 21. Perubahan ph pada berbagai konsentrasi umpan steviosida dan kecepatan alir

13 Gambar 22. Perubahan konsentrasi steviosida pada berbagai konsentrasi umpan steviosida dan tekanan Gambar 23. Perubahan konsentrasi steviosida pada berbagai konsentrasi umpan steviosida dan kecepatan alir Gambar 24. Perubahan kadar gula total pada berbagai konsentrasi umpan steviosida dan tekanan Gambar 25. Perubahan kadar gula total pada berbagai konsentrasi umpan steviosida dan tekanan Gambar 26. Perbandingan nilai tingkat kejernihan sebelum (umpan) dan setelah (permeat) filtrasi oleh membran pada berbagai tekanan Gambar 27. Perbandingan nilai tingkat kejernihan sebelum (umpan) dan setelah (permeat) filtrasi oleh membran pada berbagai kecepatan alir Gambar 28. Hasil pemurnian larutan stevia (a) umpan, permeat pada (b) tekanan 1.49 bar, (c) tekanan 1.65 bar, (d) tekanan 1.87 bar 42 Gambar 29. Nilai kadar abu sebelum dan sesudah filtrasi pada konsentrasi larutan stevia dan tekanan Gambar 30. Nilai kadar abu sebelum dan sesudah filtrasi pada konsentrasi larutan stevia dan tekanan

14 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Klasifikasi tanaman Stevia rebaudiana... 4 Tabel 2. Tingkat kemanisan glikosida... 6 Tabel 3. Kandungan beberapa senyawa pada daun tanaman stevia... 8 Tabel 4. Sifat sifat hasil ekstraksi gula stevia Tabel 5. Klasifikasi membran berdasarkan perbedaaan ukuran pori Tabel 6. Fitokimia daun stevia Tabel 7. Tingkat rejeksi membran pada berbagai tekanan transmembran Tabel 8. Kenaikan konsentrasi larutan stevia setelah pemurnian

15 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Perangkat Alat Percobaan Lampiran 2. Spesifikasi Teknik Unit Ultrafiltrasi Lampiran 3. Diagram alir penentuan suhu pengeringan dan suhu ekstraksi Lampiran 4. Diagram alir pembuatan larutan stevia pada berbagai konsentrasi untuk proses penjernihan Lampiran 5. Data perhitungan konsentrasi steviosida dengan spektrofotometer UV (λ=210 nm) Lampiran 6. Prosedur Analisis Sebelum dan Sesudah Filtrasi membran polyethersulfone (membran Ultrafiltrasi) Lampiran 7. Hasil Analisa Fitokimia Daun Stevia Lampiran 8. Hasil Analisa Tahap Pertama Lampiran 9. Data Fluksi Air Hasil Penyaringan Dengan Menggunakan Membran (P=1.87 bar; v=0.04 m/s) Lampiran 10. Data Penentuan Kondisi Tunak Larutan Stevia (P= 1.23 bar; T= 40 o C; CFV= 0.02 m/s dan C=28.7 g/l Lampiran 11. Data Hasil Filtrasi Dengan Membran Ultrafiltrasi Lampiran 12. Data Analisis hasil pemurnian larutan stevia dengan membran ultrafiltrasi Lampiran 13. Hasil Uji High Performance Liquid Chromatography (HPLC)

16 I. PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG Industri makanan, minuman, dan suplemen menggunakan pemanis sebagai penambah cita rasa pada produknya. Bahan pemanis terbagi atas dua macam yaitu pemanis alami dan pemanis buatan. Bahan pemanis alami yang biasa digunakan adalah gula sukrosa atau gula tebu. Namun gula tersebut memiliki beberapa kelemahan yaitu memiliki nilai kalori tinggi yang dapat menyebabkan kegemukan dan diabetes. Industri makanan, minuman, dan suplemen menggunakan pemanis buatan karena memiliki tingkat kemanisan yang tinggi dan rendah kalori. Namun pemanis buatan memiliki sifat yang karsinogenik yaitu penyebab kanker. Untuk itu dicari alternatif pemanis alami yang memiliki tingkat kemanisan yang tinggi, rendah kalori dan tidak bersifat karsinogenik. Salah satu pemanis alami tersebut adalah pemanis stevia dari daun tanaman stevia. Gula sukrosa termasuk ke dalam pemanis nutritif dimana pemanis tersebut menghasilkan kalori sebesar 4 kalori/gram. Stevia termasuk pemanis yang kalorinya tidak ada sama sekali (Anonim, 2007). Pemanis stevia diperoleh dengan mengekstraksi daun stevia menggunakan pelarut polar yaitu metanol, etanol, atau spiritus. Penggunaan pelarut kimia dikhawatirkan masih menyisakan pelarut pada produk. Untuk itu digunakan pelarut polar yang aman untuk mengekstraksi daun stevia yaitu air. Penjernihan pemanis stevia dapat dilakukan dengan cara pertukaran ion, kolom absorbsi kromatografi, dan penjernihan larutan stevia menggunakan kolom fixed-bed dengan penambahan zeolite atau adsorben (Mantovaneli, 2004). Proses perlakuan awal ekstraksi dengan penambahan kapur dan menggunakan kolom pertukaran ion dengan tujuan untuk menghilangkan pelarut organik (Giovanetto, 1990). Tetapi langkah langkah penjernihan tersebut cukup kompleks dan menggunakan banyak bahan kimia dan menghasilkan residu, maka perlu dilakukan modifikasi proses yang dapat mengurangi penggunaan bahan kimia dan residu yaitu dengan menggunakan proses membran filtrasi (Kumar, 2000). 16

17 Proses penjernihan dengan membran adalah proses pemisahan pengotor pengotor bukan pemanis dari larutan stevia. Pengotor pengotor yang memiliki bobot molekul lebih besar dari MWCO membran Dalton seperti senyawa yang menyebabkan warna (pigmen), makromolekul dan protein dapat tertahan sedangkan molekul air dan molekul pemanis stevia dapat lolos berdasarkan bobot molekul tertentu. Kelebihan penjernihan menggunakan membran ultrafiltrasi adalah tidak adanya penambahan bahan kimia selama proses. Proses penjernihan dengan membran ultrafiltrasi memiliki kelemahan yaitu terjadi rejeksi yang menyebabkan sebagian solut tertahan pada membran. Selain itu juga kelemahannya terdapat pada umur pakai membran yang tidak lama dan harga membran yang tinggi. Penelitian ini mengkaji pengaruh tekanan transmembran, kecepatan alir, dan konsentrasi umpan terhadap fluksi pada membran ultrafiltrasi serta rejeksi membran terhadap pemanis stevia. B. TUJUAN Tujuan Penelitian ini antara lain: 1. Mempelajari penjernihan ekstrak daun stevia dengan ultrafiltrasi aliran silang, 2. Mempelajari pengaruh tekanan transmembran, konsentrasi umpan, dan kecepatan alir terhadap fluksi, 3. Mengukur rejeksi membran dalam penjernihan pemanis stevia. 17

18 II. TINJAUAN PUSTAKA A. TANAMAN STEVIA Stevia merupakan tanaman berbentuk perdu (semak), tingginya antara cm dengan panjang daun 3-7 cm dan memiliki banyak cabang. Batang stevia bentuknya lonjong, ditumbuhi oleh bulu-bulu yang halus. Demikian pula tepi daunnya yang bergerigi tampak halus. Bentuk daun stevia lonjong, langsing dan duduk berhadapan. Tanaman stevia dapat tumbuh dengan baik di tanah latosol yang berwarna merah pada ketinggian m dari permukaan laut (Lutony (1993), Sudarmaji (1982)). Gambar 1. Tanaman Stevia rebaudiana Bertoni M Menurut Lutony (1993) stevia memiliki sistem pengakaran serabut dan terbagi menjadi dua bagian yakni perakaran halus dan perakaran tebal. Bunganya hermaprodite dengan mahkota yang khas berbentuk seperti tabung. Salah satu kelebihan tanaman ini adalah daya regenerasinya yang kuat sehingga tahan terhadap pemangkasan. Penamaan stevia diambil dari tanaman yang bernama latin Stevia rebaudiana Bertoni M., termasuk keluarga Compositae (Asteraceae) atau 18

19 sembung-sembungan. Tanaman ini dapat diperbanyak melalui stek, biji, anakan, dan kultur jaringan yang termasuk pada divisi Spermatophyta, kelas Dicotyledone, dan ordo Campanulatae (Lutony, 1993). Klasifikasi tanaman Stevia rebaudiana B.dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Klasifikasi tanaman Stevia rebaudiana Bertoni. Famili Asteraceae Genus Stevia Spesies rebaudiana Sinonim Eupatorium rebaudianum Nama Umum Stevia Bagian yang daun digunakan Sumber : Taylor, 2005 Tanaman stevia dikenal pertama kali di Indonesia sekitar tahun 1977, dan telah dicoba pembudidayaannya dibeberapa daerah seperti Tawangmangu, Sukabumi, Garut, dan Bengkulu dengan ketinggian sekitar 1000 meter di atas permukaan laut. Berdasarkan penelitian Atmoko (2001) bahwa pemberian gambut tanah latosol berpengaruh nyata terhadap jumlah daun, sedangkan terhadap tinggi tanaman, bobot basah dan kering tajuk dan akar tidak berpengaruh nyata. Media tanah gambut 100 % dapat meningkatkan kandungan gula (10.06 %) pada daun stevia, dibandingkan dengan 0 % gambut (7.91 %). B. STEVIA SEBAGAI PEMANIS ALAMI Daun tanaman stevia rebaudiana mengandung campuran dari diterpen, triterpen, tanin, stigmasterol, minyak yang mudah menguap dan delapan senyawa manis diterpen glikosida (Crammer, 1986). Stevia rebaudiana mengandung delapan glikosida diterpen yang menyebabkan daun tersebut terasa manis, yaitu steviosida, steviolbiosida, rebaudiosida A E dan dulkosida A. 19

20 1. Rebaudiosida A Sifat sifat yang dimiliki senyawa ini adalah titik lebur o C, berbentuk kristal menyerupai jarum, [α] D = o (dalam metanol). 2. Rebaudiosida B Sifat-sifat yang dimiliki senyawa ini adalah titik lebur o C, berbentuk kristal menyerupai jarum, [α] D = o (dalam metanol). Senyawa ini selain terdapat didalam daun stevia juga dapat diperoleh dari hasil hidrolisis alkalis maupun enzimatis rebaudiosida A. 3. Rebaudiosida C Sifat sifat yang dimiliki senyawa ini titik lebur o C, berbentuk kristal menyerupai jarum, [α] D = o (dalam metanol). 4. Rebaudiosida D Apabila senyawa ini dihidrolisis dengan asam sulfat akan mengakibatkan terputusnya ikatan monosakarida yang terikat, sedangkan hidrolisis oleh alkali dan enzim hanya mampu memutuskan sebagian monosakarida. 5. Rebaudiosida E Rebaudiosida E tersusun atas empat molekul glukosa dan satu molekul aglikon. Keempat molekul glukosa tersebut dua molekul membentuk disakarida yang terikat pada atom C 13 molekul aglikon, sedangkan dua molekul yang lain membentuk disakarida terikat pada atom C Dulkosida A Sifat sifat senyawa ini adalah titik lebur o C, berbentuk kristal menyerupai jarum, [α] D = o (dalam metanol). 7. Steviolibiosida Sifat sifat yang dimiliki senyawa ini adalah titik lebur o C, berbentuk kristal menyerupai jarum, [α] D = o (dalam metanol). 8. Steviosida Steviosida memiliki rumus molekul C 38 H 60 O 18 yang terdiri dari 56.7% unsur C, 7.51% unsur H, dan 35.78% unsur O dengan berat molekul Titik lebur senyawa ini adalah 198 o C, [α] D = o (dalam air). Meskipun steviosida yang paling tinggi memiliki tingkat kemanisannya, namun bila dipergunakan secara tersendiri sebagai gula murni untuk bahan pemanis makanan dan minuman dalam dosis banyak, maka akan menyebabkan rasa manisnya kurang mengena pada lidah. Hal tersebut 20

21 disebabkan steviosida masih memiliki rasa sepat dan langu. Rasa sepat dan langu ternyata tidak terdapat pada senyawa yang lainnya. Jika rebaudiosida A, D dan E digabungkan maka campurannya akan memiliki tingkat kemanisan yang setara dengan steviosida (Lutony, 1993). Glikosida merupakan senyawa organik yang mengandung senyawa gula (glycone) dan bukan gula (aglycone). Glycone terdiri dari unsur pokok yaitu rhamnose, fruktosa, glukosa, xylosa, arabinosa. Sedangkan yang lainnya terdiri dari senyawa kimia yaitu sterol, tanin, dan karotenoid. Selain itu juga stevia mengandung protein, karbohidrat, fosfor, besi, kalsium, potasium, sodium, flavonoid, zinc, vitamin C dan vitamin A (Elkins, 1997). Struktur kimia steviosida dapat dilhat pada Gambar 2. Gambar 2. Struktur molekul stevioside (Geuns, 2003) Steviosida merupakan glikosida yang penting dengan tingkat kemanisan 300 kali dari sukrosa dan rebaudioside A tingkat kemanisannya 400 kali lebih manis dari sukrosa. Pemanis lainnya juga penting, tetapi jumlah pemanis di dalam daun stevia sedikit yaitu rebaudiosida C, dulkosida A, rebaudiosida E, dan D (2,3,4,5) (Kinghorn, 1985). Sementara itu siklamat, pemanis sintesis kontroversial yang masih digunakan, ternyata hanya mempunyai tingkat kemanisan antara kali dari tingkat kemanisan sukrosa. Aspartam juga termasuk pemanis sintesis kontroversial dan sering digunakan, tingkat kemanisan antara kali kemanisan sukrosa. Dengan kata lain, tingkat kemanisan gula stevia lebih unggul apabila dibandingkan dengan siklamat atau asapartam yang selama ini banyak dipakai sebagai pemanis berbagai 21

22 produk makanan dan minuman (Sudarmaji, 1982). Glikosida bila dikristalkan akan terbentuk serbuk putih yang tidak berbau dan tingkat kemanisan dari glikosida pada daun stevia dapat terlihat pada Tabel 2. Tabel 2. Komposisi glikosida di dalam daun stevia No. Potensi kemanisan Jenis senyawa R1 R2 (sukrosa = 1) 1. Steviol H H Steviolbioside H β-glc- β -gluc (2 1) Stevioside β -glc β -glc- β -gluc (2 1) Rebaudioside A β -glc β-glc-β-gluc (2 1) β-glc (3 1) Rebaudioside B H β-glc-β-gluc (2 1) β-glc (3 1) RebaudiosideC (Dulcoside B) β -glc β-glc- β-gluc (2 1) β-glc (3 1) Rebaudioside D β-glc-β-gluc (2 1) β-glc- β -gluc (2 1) β -glc (3 1) Rebaudioside E β glc β -glc- β -gluc (2 1) Rebaudioside F β -glc- β -gluc (2 1) β -glc- β -Xyl (2 1) β -glc (3 1) Dulcoside A β -glc β -glc- α-rha (2 1) Sumber : Geuns (2003) Menurut Kinghorn (1985) stevioside memiliki kemanisan kira kira 300 kali lebih manis dari sukrosa pada konsentrasi 0.4%, 150 kali lebih manis dari sukrosa pada konsentrasi 4% dan 100 kali lebih manis dari sukrosa pada konsentrasi 10%. Hasil uji oragnoleptik yang dijelaskan oleh Lutony (1993) bahwa setiap 0.1 gram pemanis stevia setara dengan 20 gram sukrosa (gula putih) pada minuman teh manis tanpa mengurangi rasa kesukaan, sedangkan pada minuman ringan yang menggunakan essence jeruk dan juga frombosen untuk penggunaan 2 gram pemanis stevia setara dengan 4 gram gula putih. 22

23 Stevia merupakan sumber alternatif yang berpotensial untuk menggantikan pemanis buatan seperti sakarin, aspartam, asulfam dan lain-lain. Stevioside tidak seperti pemanis rendah kalori yang lain, karena bersifat stabil terhadap suhu dan memiliki ph antara 3-9. Industri makanan mulai meluncurkan produk yang menggunakan stevia (Anonim, 2004). Ekstrak dari daun stevia dapat digunakan sebagai bahan tambahan seperti penyedap makanan atau bahan pemanis pada suplemen, tapi stevia bukan seperti pemanis pemanis yang tersedia di pertokoan. Zoltan P. Rona, M. D. menulis tentang stevia di terbitan Health Naturally mengatakan bahwa stevia merupakan tumbuhan perdu yang ekstraknya aman dikonsumsi. Selama berabad-abad bangsa Paraguay dan Brazil mengkonsumsi pemanis alami ini. Stevia termasuk pemanis yang bebas kalori, dapat mencegah gigi berlubang, dan tidak memicu gula darah meningkat. Sebagaimana diketahui bahwa pemanis ini dapat membantu penderita diabetes karena berperan dalam proses metabolisme gula (Martini, 1998). Menurut Acton (1976) pemanis nirkalori yang ideal memiliki sifat, larut dalam air, stabil terhadap panas/kimiawi, tidak beracun, mamiliki rasa tunggal (pure of flavor), dan intensitas rasa manisnya tinggi. Steviosida telah memenuhi beberapa persyaratan diatas. Kandungan beberapa senyawa dapat pada daun tanaman stevia dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Kandungan beberapa senyawa pada daun tanaman stevia Komponen Kandungan *(%) Rendemen** (%) Steviosida Rebaudiosida Rebaudiosida B Sedikit sekali 0.04 Steviolbiosida Sedikit sekali 0.04 * Tanaka (1979) ** Kohda et al. (1976) C. EKSTRAKSI PEMANIS STEVIA 23

24 Bridel dan Lavielle (1931) melakukan ekstraksi daun stevia dengan menggunakan alkohol dan menghasilkan glikosida berbentuk kristal dan tidak memiliki atom nitrogen, glikosida ini dinamakan stevioside. Kristal stevioside yang terkandung di dalam daun stevia menyebabkan rasa manis. Cara ekstraksi daun stevia untuk mengeluarkan komponen pemanis dari daun ada tiga macam yaitu ekstraksi dengan pelarut air yang merupakan modifikasi prosedur Wood et al. (1955), ekstraksi dengan pelarut menguap seperti metanol teknik menurut prosedur Kohda et al. (1976) dan ekstraksi dengan pengepresan hidraulik. Penelitian ini menggunakan pelarut air untuk memperoleh pemanis glikosida pada daun stevia. Pelarut yang sesuai digunakan untuk ekstraksi daun stevia adalah pelarut polar antara lain air dan alkohol. Pelarut yang baik harus mempunyai sifat: daya larut dan selektivitas terhadap glikosida tinggi, tak bereaksi (merusak) senyawa yang diinginkan, setelah proses ekstraksi dapat dipisahkan dengan mudah. Disamping itu harus tidak mempunyai efek racun, mudah didapat serta murah harganya (Anwar, 1982). Urutan polaritas pelarut menurun sebagai berikut: air, metanol, etanol, n-propanol, aseton, etil asetat, etil eter, kloroform, diklorometan, benzen (Anonim, 2006). Sifat-sifat yang hasil ekstraksi pemanis stevia dengan pelarut metanol dan air dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Sifat-sifat hasil ekstraksi pemanis stevia Sifat-sifat hasil ekstraksi Jenis pelarut Metanol Air Bentuk Bubuk Kasar Cairan kental Warna Putih kehijauan Coklat Rendemen 4.4 % --- Kadar air 4.5 % --- Rasa Manis Manis Sumber : Muhammad (1983) Kedua cara ekstraksi diatas menunjukkan bahwa ekstraksi dengan menggunakan pelarut air hanya menghasilkan cairan kental yang berasa manis 24

25 dan setelah dilakukan proses kristalisasi, ternyata tidak terbentuk kristal pemanis stevia (Muhammad, 1983). Kumar (2000) mengembangkan proses ekstraksi dan penjernihan ekstrak daun stevia dengan mengurangi jumlah unit operasi dan mengurangi dan atau menghilangkan penggunaan kimia termasuk pelarut organik. Operasi tersebut adalah menggunakan membran ultrafiltrasi dan mikrofiltrasi. Kumar menyatakan bahwa air efektif untuk mengekstraksi glikosida dengan pemilihan ph dan suhu. Zairisman (1984) mengatakan bahwa penentuan kadar stevioside dan rebaudioside-a telah dilakukan oleh beberapa peneliti melalui beberapa cara, yaitu thin layer densitometry, cara droplet counter-current chromatography, cara High Performance Liquid Chromatography cara dual wavelength thin layer chromatography scanner dan cara two dimentional thin layer chromatography. D. TEKNOLOGI MEMBRAN 1. Filtrasi Membran Menurut Cheryan (1998) bahwa filtrasi didefinisikan sebagai pemisahan dua atau lebih komponen yag bersifat cairan atau gas berdasarkan ukuran molekul dengan mengalirkan umpan melalui membran. Sedangkan untuk membran diartikan sebagai selaput semipermeable yang melewatkan spesi tertentu dan menahan spesi yang lain berdasarkan ukuran spesi yang akan dipisahkan. Spesi yang berukuran besar akan tertahan dan yang ukurannya lebih kecil akan dilewatkan (Mulder, 1996). Membran filtrasi merupakan proses pemisahan yang dipacu oleh tekanan dengan tujuan untuk memisahkan komponen-komponen dalam suatu campuran secara selektif melalui fasa antara (membran) sehingga menghasilkan aliran konsentrat (retentat) dari aliran filtrat (permeat) (Noor, 2003). Membran memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan teknologi yang sama sama berfungsi sebagai alat pemisahan komponen dalam suatu campuran. Keunggulan tersebut dapat dilihat dibawah ini : 25

26 1. Proses dapat dilakukan pada suhu kamar, sehingga cocok untuk pemisahan komponen yang tidak tahan pada suhu tinggi. 2. Tidak terjadi perubahan fase komponen 3. Penggunaan energi lebih rendah karena energi yang digunakan hanya untuk menggerakkan pompa. 4. Proses dapat terjadi secara simultan. 2. Bahan Membran Menurut Mulder (1996), membran dapat dibuat dari berbagai material. Material yang digunakan terbagi ke dalam dua kelas yaitu membran sintetik dan membran biologi. Membran sintetik terbagi menjadi membran organik dan anorganik. Membran biologi dibutuhkan oleh makhluk hidup di muka bumi untuk kelangsungan hidupnya. Industri pada umumnya menggunakan membran dengan bahan polimer. Material membran yang biasa digunakan adalah selulosa asetat, selulosa triasetat, poliakrilonitril, poliamida, polisulfon, polietersulfon, dan poliolefin (Wenten, 1999). Pemilihan polimer sebagai bahan baku pembuatan membran berdasarkan faktor struktural. Faktor struktural akan menentukan sifat termal, kimia dan mekanik. Setiap faktor tersebut akan mempengaruhi sifat intrinsik polimer yaitu permeabilitas. Kinerja membran ditunjukkan oleh fluksi dan selektivitasnya, dimana selektivitas merupakan parameter utama dari membran ultrafiltrasi (Wenten, 1999). Material membran yang digunakan dalam penelitian ini adalah polietersulfon (PES). SO 2 Gambar 3. Struktur kimia polietersulfon (Mulder, 1996) Polisulfone (PSF) adalah hasil reaksi polimerik antara garam natrium bisphenol-a dan garam natrium di-p-dicholorodiphenyl sulfone. PSF memiliki nilai Tg = 195 o C sedangkan polietersulfon (PES) memiliki Tg = 230 o C, sehingga memberikan stabilitas termal dan stabilitas oksidatif yang baik, kekuatan dan fleksibilitasnya tinggi, tahan terhadap ph yang ekstrim dan tidak dipengaruhi oleh kenaikan temperatur, resistensi terhadap klorin 26

27 cukup baik, dan mudah untuk membran pabrikasi dalam konfigurasi variasi yang luas (Wenten, 1999). 3. Jenis Modul Membran Berbagai bentuk membran biasa disebut modul. Menurut Zeman (1996) bahwa modul membran ada empat macam yaitu hollow fiber, tubular devices, flate plate, dan spiral wound. Hollow fiber merupakan unit yang dikembangkan untuk ultrafiltrasi dam mikrofiltrasi. Oleh amicon dan ramicon pada tahun Hollow fiber berbentuk silinder dengan membran yang dapat diletakkan dibagian luar, dalam atau bahkan pada kedua permukaan. Diameter fibernya antara µm, jumlah fiber dalam satu bundelan sekitar fiber (Gambar 4). Gambar 4. Modul membran hollow fiber (Zeman, 1996) Tubular devices desainnya sama dengan modul hollow fiber, tetapi modul ini memiliki diameter tube yang lebih besar ( cm). Modul tubular merupakan membran yang dibuat dengan meletakkannya ke dalam sebuah tube (Gambar 5). 27

28 Gambar 5. Modul membran tubular (Zeman, 1996) Modul flate-and-frame menggunakan membran multi flate sheet dengan susunan seperti sandwich/lapisan lapisan (gambar 6a). Sedangkan modul wound spiral seperti flate sheet yang dibentuk seperti catridge dan bagian tengah terdapat saluran untuk mengeluarkan permeat (gambar 6b). a. Spiral wound b. Flat Plate Gambar 6. Modul Membran (Zeman,1996) E. MEMBRAN ULTRAFILTRASI Membran dibedakan menjadi enam macam yaitu membran mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, reverse osmosis, elektrolisis, elektrofiltrasi dan dialisis. Keenam 28

29 membran tersebut dibedakan berdasarkan ukuran pori. Perbedaan membran tersebut dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5. Klasifikasi membran berdasarkan perbedaan ukuran pori Proses filtrasi Ukuran pori Aplikasi Mikrofiltrasi µm Partikel kecil, koloid, sel Ultrafiltrasi 0.1 µm 5 nm Makromolekul, emulsi Reverse osmosis < 5 nm Desalinasi, zat organik Elektrolisis < 5 nm Desalinasi, zat organik Elektrofiltrasi 10 µm 5 nm Partikel kecil, koloid, sel Makromolekul, emulsi Dialisis < 5 nm Penanganan kerusakan ginjal Sumber : Wenten (1999) Membran ultrafiltrasi merupakan proses filtrasi antara nanofiltrasi dan mikrofiltrasi. Membran ultrafiltrasi mempunyai porositas tinggi dan dapat menahan makromolekul bertekanan rendah sehingga solut yang kecil dapat lewat bersama air, tekanan yang dibutuhkan untuk proses yaitu berkisar 1 10 bar (Mulder, 1996). Karakteristik cutoff dari membran ultrafiltrasi umumnya dikenal dengan molecular weight cutoff. Membran ultrafiltrasi tidak akan melewatkan molekul yang memiliki berat molekul lebih dari MWCO. Secara umum proses pemisahan dengan menggunakan membran mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan proses yang lain, diantaranya adalah: konsumsi energi yang relatif kecil, biaya operasi relatif rendah, tidak menimbulkan pencemaran lingkungan, proses dapat berlangsung secara kontinyu, dan tidak memerlukan ruang instalasi yang besar. Kelemahan proses pemisahaan dengan menggunakan membran hanyalah mudah timbulnya polarisasi konsentrasi di permukaan membran yang dapat menurunkan fluksi zat yang dipisahkan (Wenten, 1999). Komponen yang dipisahkan menggunakan membran dapat dilihat pada gambar 7. 29

30 Gambar 7. karakteristik proses membran ( Membran ultrafiltrasi akan menahan protein dan senyawa koloid yaitu komponen yang memiliki molekul terbesar dan melewatkan komponen atau senyawa yang memiliki berat molekul yang kecil (Gambar 7). Nanofiltrasi memiliki ukuran pori sekitar 1 nanometer. Membran nanofiltrasi banyak diaplikasi pada pemisahan garam bervalensi dua dari air dan fraksinasi molekul yang kecil di berbagai industri (Gambar 7). Kinerja membran nanofiltrasi dipengaruhi oleh karakterisrik membran yang mencakup fluksi, rejeksi dan Molecular Weight Cut-Off (Mulder, 1996). Hasil penelitian Kumar (2000) menunjukkan bahwa dengan pemisahan nanofiltrasi diakhir operasi dapat mengurangi rasa pahit pada komponen pemanis stevia karena senyawa tersebut ikut tercuci. F. KONDISI PROSES FILTRASI MEMBRAN Menurut Osada dan Nagawa (1992) kinerja membran pada pemisahan dipengaruhi oleh karakteristik membran yang digunakan. Parameter utama yang digunakan dalam penilaian kinerja membran filtrasi adalah fluksi dan rejeksi. Faktor yang dapat mempengaruhi fluksi antara lain tekanan 30

31 transmembran, kecepatan crossflow dan konsentrasi larutan. Dipertegas pula oleh Cheryan (1986) bahwa faktor penting yang dapat mempengaruhi fluksi pada proses ultrafiltrasi yaitu tekanan transmembran, konsentrasi larutan umpan, suhu dan laju alir serta jenis aliran bahan. Menurut Pritchard, et al (1995), menyatakan bahwa kecepatan crossflow dapat mempengaruhi nilai fluksi, dengan semakin tinggi kecepatan crossflow yang digunakan maka semakin besar fluksi yang dihasilkan. Hal tersebut disebabkan karena semakin banyaknya partikel dipermukaan membran yang bisa digerakkan oleh aliran umpan. Performansi dan efisiensi membran ditentukan oleh dua parameter yaitu fluks dan selektifitas. Fluksi adalah jumlah volume permeat yang diperoleh pada operasi membran per satuan waktu per luas permukaan membran (Wenten, 1999). Fluksi volume (Mulder, 1996) V J =... (1) A* t dimana: J = fluksi (l/m 2.jam) V = Volume permeat (L) A = Luas permukaan membran (m 2 ) t = waktu (jam) Pada proses filtrasi, di atas permukaan membran maupun di dalam pori pori membran akan terdapat partikel partikel yang tertahan. Hal tersebut menunjukkan bahwa membran memiliki nilai rejeksi terhadap larutan umpan. Nilai rejeksi dihitung dengan mengetahui konsentrasi umpan Rejeksi merupakan kemampuan membran untuk menahan suatu komponen agar tidak melewati membran. Nilai rejeksi tersebut dapat diperoleh dengan menggunakan suatu persamaan, Cp R (%) =1 - x 100%... (2) Cf dimana: R (%) = persentase tahanan Cp Cf = konsentrasi zat pada permeat (g/l) = konsentrasi zat pada umpan (g/l) 31

32 Faktor yang menyebabkan keterbatasan penggunaan membran berpori adalah terjadinya peristiwa fouling dan polarisasi konsentrasi. Fouling adalah suatu peristiwa penurunan nilai fluksi akibat terakumulasinya komponenkomponen disekitar membran yang menutupi pori pori membran. Polarisasi konsentrasi adalah terbentuknya lapisan kedua (second layer) pada permukaan membran yang dapat meningkatkan resistensi membran. Peristiwa fouling identik dengan penurunan fluksi permeat dan perubahan selektivitas pada membran. Fouling terjadi akibat interaksi spesifik secara fisik dan kimia antara berbagai padatan terlarut dengan membran. Fouling dihilangkan dengan melakukan backflushing, penggunaan laju alir silang yang tinggi atau pembersihan secara kimiawi. Penurunan fluksi secara cepat pada awal filtrasi akibat pengaruh dari polarisasi konsentrasi, tetapi pada penurunan fluksi dalam jangka waktu yang panjang merupakan kontribusi dari terjadinya fouling pada membran (Wenten, 1999). Menurut Mulder (1996) sistem membran terbagi menjadi empat yaitu : (i) dead end, (ii) crossflow, (iii) hybrid dead end/crossflow dan (iv) cascade. Sistem crossflow (aliran silang) dapat memperkecil terjadinya fouling karena pembentukan cake yang sangat lambat akibat gaya geser. Sistem crossflow menurut Noor (2003) yaitu mengalirkan umpan sejajar dengan permukaan membran sehingga solut yang terejeksi dipermukaan membran akan tersapu oleh aliran tersebut. Padatan yang terakumulasi dipermukaan membran dan membentuk lapisan, proses ini disebut dead end system. Gambar aliran umpan secara dead end dan crossflow (aliran silang) dapat dilihat pada Gambar 8. Umpan Permeat (a) Sistem aliran silang (crossflow) (b) Sistem dead-end Gambar 8. Sistem Aliran Umpan pada membran 32

33 Pada air murni semakin tinggi tekanan yang diberikan, maka fluksi air juga akan semakin tinggi. Fenomena yang terjadi pada larutan, ketika tekanan dinaikkan pada batas tertentu akan menaikkan fluksi tetapi setelah mencapai tekanan tertentu maka fluksi tidak meningkat walaupun tekanan dinaikan, maksimum fluksi ini disebut limiting flux (Wenten, 1999). G. PENJERNIHAN EKSTRAK DAUN STEVIA Penjernihan ekstrak daun stevia bertujuan untuk menghilangkan atau membuang semaksimal mungkin bagian bukan pemanis stevia yang terkandung di dalam ekstrak stevia. Hasil ekstraksi daun stevia menggunakan pelarut air masih dalam bentuk ekstrak kasar. Jika ekstrak kasar tidak jernihkan maka tidak dapat dikomersialkan karena rasanya masih sepat, dan warnanya gelap. Kotoran dalam ekstrak kasar terdiri dari pigmen organik dan garam inorganik (Wang, 2002). Beberapa proses telah dikembangkan dalam penjernihan dan pemurnian pemanis stevia yaitu ekstraksi dengan pelarut, flokulasi dan prespitasi, ion exchange, adsorpsi dengan menggunakan adsorben polimer, adsorpsi dengan menggunakan adsorben inorganik, pemisahan dengan kolom kromatografi, ultrafiltrasi dan pemisahan membran, dan ekstraksi dengan supercritical gas. Pemurnian diatas telah dipelajari untuk pemurnian glikosida stevia (Wang, 2002). Membran keramik mikrofiltrasi (MF) skala laboratorium dengan ukuran µm sudah cukup untuk membuang partikel dan komponen dengan berat molekul yang besar dalam pemisahan pemanis stevia. Hal tersebut diamati kira-kira 80% pemanis menyerap melalui membran ini (Kumar, 2000). Hasil penelitian Kumar (2000) menunjukkan bahwa perlakuan awal dengan membran keramik mikrofiltrasi sudah cukup. Penambahan kapur dan atau flokulan pada umpan ultrafiltrasi menunjukkan fluksi yang signifikan. Diafiltrasi dengan 3 volume ditemukan cocok untuk menguraikan pemanis. Membran nanofiltrasi cocok untuk memisahkan bobot molekul yang kecil. Pemanis stevia tidak dikonsumsi oleh masyarakat Indonesia karena masih adanya rasa getir dan sepat (pahit). Kumar (2000) menjelaskan bahwa rasa pahit yang ada pada komponen pemanis stevia dapat tercuci dalam konsentrasi pemanis melalui proses nanofiltrasi. 33

34 III. METODOLOGI PENELITIAN A. BAHAN DAN ALAT 1. Bahan Bahan yang digunakan untuk ekstraksi adalah daun stevia (Stevia rebaudiana Bertoni) yang diperoleh dari kebun Percobaan milik BUMN Perkebunan di Ciomas, air destilata ph 7, membran polyethersulfone (PES) MWCO Dalton. Bahan untuk analisa antara lain fenol 5%, H 2 SO 4 PA, NaOH 0.1% untuk membersihkan membran. 2. Alat Peralatan yang digunakan adalah oven kipas, waterbatch, gelas piala, termometer, saringan 65 mesh, timbangan analitik, cawan porselen, desikator, alat HPLC merk Waters dari USA, spektrofotometer UV merk Thermospectronic V4.60, gelas ukur, labu takar, pipet mohr, penangas, vortex, pompa dengan sistem modul aliran silang (gambar peralatan dapat dilihat pada Lampiran 1), modul membran ultrafiltrasi yang berbentuk hollow fiber. Spesifikasi alat ultrafiltrasi dapat dilihat pada Lampiran 2. Diagram alir ditunjukkan pada Gambar 9. Gambar 9. Diagram alir proses ultrafiltrasi 34

35 B. PROSEDUR PENELITIAN 1. Tahap Pertama : Penentuan suhu pengeringan dan suhu ekstraksi a. Pengeringan daun stevia Daun stevia basah dikeringkan dengan menggunakan oven kipas pada suhu 60 o C, 80 o C, 100 o C. Pada setiap setengah jam sekali bahan diambil, kemudian dianalisa kandungan air (kadar air), pengeringan dihentikan jika kadar air bahan telah mencapai maksimum 10% (pengeringan berlangsung selama ± 2-4 jam). Daun yang telah kering dihaluskan dengan menggunakan blender kering, kemudian disaring dengan saringan 65 mesh. Daun yang telah halus dikemas di dalam plastik dan disimpan di dalam lemari pendingin suhu 4 o C. b. Proses ekstraksi daun stevia pada berbagai suhu pemanasan Daun stevia diekstraksi dengan pelarut air (ph 7). Untuk pemilihan suhu ekstraksi, masing-masing daun bubuk yang telah dikeringkan pada suhu 60 o C, 80 o C, 100 o C ditimbang sebanyak 1 gram dalam 20 ml air. Proses ekstraksi dilakukan dengan metode Food Sanitation Association Food Research Laboratory (Zairisman, 1985). Larutan stevia dipanaskan pada suhu yang bervariasi yaitu 25 0 C, 40 0 C, 60 0 C, C. Pemanasan dilakukan selama 1 jam kecuali pada suhu 25 0 C dibiarkan selama semalam. Kemudian disaring dengan kertas saring. Filtrat dipisahkan dan residu dicuci dengan air panas beberapa kali. Filtrat dan air cucian dikumpulkan, kemudian ditambahkan air sehingga volume menjadi tepat 100 ml. Hasil ekstraksi daun stevia diukur konsentrasi steviosida dan kadar gula total. Diagram alir dapat dilihat pada Lampiran Tahap Kedua : Penjernihan Ekstrak Daun Stevia dengan Ultrafiltrasi Konsentrasi ekstrak daun stevia (larutan umpan stevia) adalah 20.4 g/l dan 28.7 g/l. Konsentrasi ini diperoleh dari hasil perhitungan konsentrasi steviosida dengan menggunakan spektrofotometer (λ= 210 nm). Diagram alir pembuatan konsentrasi umpan dapat dilihat pada Lampiran 4. perhitungan konsentrasi umpan dapat dilihat pada Lampiran 5. 35

36 Penjernihan ekstrak daun stevia dilakukan dengan membran ultrafiltrasi. Pada ultrafiltrasi diamati nilai fluksi permeat dan rejeksi dengan parameter tekanan transmembran, kecepatan alir (kecepatan crossflow) dan konsentrasi umpan (konsentrasi steviosida dalam larutan stevia). Tata cara proses ultrafiltrasi adalah sebagai berikut: a) Penentuan fluksi air Penentuan fluksi air bertujuan untuk mengetahui kondisi membran baik sebelum digunakan maupun setelah digunakan. Air disirkulasikan selama 30 menit pada suhu 40 o C dengan tekanan transmembran 1.87 bar dan kecepatan alir 0.04 m/s. b) Penentuan kondisi tunak fluksi larutan stevia Percobaan dilakukan dengan mengoperasikan proses ultrafiltrasi selama 30 menit hingga keadaan tunak dicapai. Waktu ketika fluksi mulai mengalami kondisi tunak, maka dapat digunakan untuk mengetahui pengaruh ketiga peubah yang akan diamati. Proses dilakukan pada suhu 40 o C pada tekanan transmembran 1.23 bar, kecepatan alir 0.02 m/s dan konsentrasi larutan umpan stevia 28.7 g/l. c) Pengamatan pengaruh tekanan transmembran terhadap fluksi larutan stevia Proses penjernihan larutan stevia dilakukan pada berbagai tekanan transmembran yaitu 1.49 bar, 1.61 bar, 1.65 bar, 1.87 bar dengan kecepatan alir 0.02 m/s, pada konsentrasi larutan umpan stevia 20.4 g/l dan 28.7 g/l. d) Pengamatan pengaruh kecepatan alir terhadap fluksi larutan stevia Proses penjernihan dilakukan dengan proses ultrafiltrasi pada berbagai kecepatan alir yaitu antara sampai 0.02 m/s. e) Pengamatan pengaruh konsentrasi umpan terhadap fluksi Percobaan dilakukan dengan mengoperasikan proses ultrafiltrasi pada berbagai konsentrasi larutan umpan stevia yaitu 20.4 g/l, 28.7 g/l dengan kecepatan alir 0.02 m/s dan tekanan 1.61 bar. f) Tingkat rejeksi membran dan kenaikan konsentrasi larutan stevia Untuk mengetahui efisiensi membran dalam menyaring molekul gula yang diinginkan yaitu steviosida. 36

37 4. Tahap Ketiga : Analisa Hasil Filtrasi Dengan Ultrafiltrasi Analisa untuk mengetahui sebelum dan sesudah ultrafiltrasi pada ekstrak daun stevia adalah analisa ph, konsentrasi steviosida, kadar gula total, persen kejernihan (%T), kadar abu dan analisa HPLC. Prosedur analisa dapat dilihat pada Lampiran 6. 37

38 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Penentuan suhu pengeringan dan suhu ekstraksi daun stevia Daun stevia sebelum diekstraksi terlebih dahulu dikeringkan menggunakan oven dengan kipas. Pengeringan daun stevia berkaitan dengan kandungan air dalam daun (kadar air). Sebelum dilakukan proses ekstraksi, bahan baku disimpan dan kandungan air dalam daun diatur, sehingga mikroorganisme, jamur serta enzim tidak berkembang. Hubungan kadar air dengan suhu pengeringan ditunjukkan pada Gambar 10. Kadar Air (%,bb) ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Jam Ke- Suhu Pengeringan (oc) 60 Suhu Pengeringan (oc) 80 Suhu Pengeringan (oc) 100 Gambar 10. Kadar air daun selama pengeringan Pada gambar terlihat bahwa proses pengeringan daun berlangsung dengan cepat seiring meningkatnya suhu pengeringan. Hal ini disebabkan karena dengan meningkatnya suhu maka penguapan air dalam bahan akan lebih cepat. Kadar air pada daun diharapkan maksimum 10 persen. Adapun tujuan pengeringan adalah untuk memperpanjang daya simpan dan menghindari kerusakan akibat aktifitas serangga, jamur, dan enzim. Pengeringan daun 60 o C menghasilkan warna daun masih hijau sedangkan pengeringan diatas suhu 60 o C dapat menyebabkan warna daun menjadi coklat. Dari hasil penelitian Atmawinata (1986), pengeringan daun diatas suhu 80 o C akan memberikan warna hijau kecoklatan pada daun. Perubahan warna ini dapat disebabkan akibat terjadinya reaksi maillard yaitu reaksi antara gula 38

39 pereduksi dengan asam amino. Kemungkinan lain adalah terbentuknya senyawa pheophytin akibat reaksi antara klorofil dengan semua asam yang menguap pada waktu proses pengeringan. Untuk mendapatkan daun yang masih berwarna hijau dan kadar steviosida tidak berubah. maka pengeringan dilakukan pada suhu 60 o C. Ekstraksi daun stevia dilakukan dengan menggunakan pelarut polar yaitu air karena senyawa glikosida bersifat polar sehingga dapat larut dalam air. Daun stevia pada pengeringan 60 o C, 80 o C, dan 100 o C yang telah dicampur dengan pelarut air dipanaskan pada suhu 25 o C, 40 o C, 60 o C dan 100 o C untuk mendapatkan suhu ekstraksi yang akan digunakan pada proses selanjutnya. Air sebagai pelarut akan masuk ke dalam rongga partikel yang dilarutkan karena adanya panas maka akan terjadi ekstraksi, kemudian terjadi proses hidrolisis dari molekul yang tidak larut menjadi molekul kecil yang larut ke dalam air. Pada fase ini gula, molekul yang lebih besar serta protein akan terhidrolisis. Hasil ekstraksi daun stevia menghasilkan filtrat yang berwarna coklat kemerahan. Warna tersebut dikarenakan masih terkandung senyawa yang bukan gula. Hasil larutan stevia setelah diekstraksi dapat dilihat pada Gambar 11. Gambar 11. Larutan stevia setelah ekstraksi Senyawa bukan gula tersebut antara lain adalah senyawa yang dapat menghasilkan warna dan dapat larut dalam air seperti klorofil, alkaloid, tanin, steroid, flavonoid dan makromolekul. Senyawa kimia yang 39

40 terkandung di dalam daun stevia dapat dilihat pada Tabel 6. Data lengkap fitokimia dapat dilihat pada Lampiran 7. Tabel 6. Fitokimia daun stevia Fitokimia Hasil pengujian (kualitatif) Alkaloid +++ Saponin + Tanin ++++ Fenolik + Flavonoid + Triterfenoid - Steroid ++++ Glikosida ++++ Keterangan : - : negatif + : positif lemah +++ : positif kuat ++++ : positif kuat sekali Pemilihan kondisi suhu ekstraksi daun stevia pada berbagai suhu pengeringan berdasarkan pengukuran konsentrasi steviosida dan kadar gula total. Data hasil pengukuran konsentrasi steviosida dan kadar gula total dapat dilihat pada Lampiran Konsentrasi Steviosida Suhu ekstraksi pada berbagai suhu pengeringan yang menghasilkan konsentrasi steviosida yang tinggi adalah suhu 100 o C pada suhu pengeringan 60 o C yaitu sebesar 8.9 g/l. Namun pada suhu ekstraksi 40 o C nilai konsentrasi steviosida tidak berbeda jauh dengan suhu 100 o C yaitu 8.2 g/l. Data lengkap dapat dilihat pada Lampiran 8. Perbedaan hasil konsentrasi steviosida pada berbagai suhu pengeringan dan suhu ekstrasi dapat dilihat pada Gambar

41 Konsentrasi Steviosida (g/l) 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0, Suhu Pengeringan ( o C) Suhu Ekstraksi T = 25oC T = 40oC T = 60oC T = 100oC Gambar 12. Konsentrasi steviosida larutan stevia pada berbagai suhu pengeringan dan suhu ekstraksi Secara umum semakin tinggi suhu ekstraksi maka konsentrasi steviosida yang diperoleh tinggi. Air memiliki titik didih 100 o C sehingga pada suhu ini air menjadi lebih efektif dalam melarutkan senyawasenyawa pemanis stevia. Hal ini sesuai dengan hasil penelitian Marsono (1984) yaitu semakin tinggi suhu ekstraksi (100 o C) maka perolehan zat padat terlarut semakin besar dan rasa larutan semakin manis. Larutan stevia yang dihasilkan berwarna kecoklatan dan rasanya manis dengan sedikit rasa sepat. 2. Kadar Gula Total Pada suhu ekstraksi 100 o C pada suhu pengeringan 60 o C menghasilkan kadar gula total sebesar 2.48 g/l. Namun pada suhu ekstraksi 40 o C pada suhu pengeringan 80 o C nilai kadar gula total yang dihasilkan tidak berbeda jauh yaitu 2.45 g/l. 41

42 3,00 Kadar gula total (g/l) 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0, Suhu Pengeringan Daun ( o C) T ekstraksi 25oC T ekstraksi 60oC T ekstraksi 40oC T ekstraksi 100oC Gambar 13. Kadar gula total larutan stevia pada berbagai kondisi suhu pengeringan dan ekstraksi Berdasarkan Gambar 13. kadar gula total yang dihasilkan berkisar g/l. Kadar gula yang terukur merupakan molekul gula (glukosa), dimana senyawa glikosida mengandung molekul glukosa yang berikatan dengan aglikon. Steviosida dapat terhidrolisa menjadi steviol dan glukosa dan hal tersebut dapat disebabkan oleh fermentasi oleh mikroorganisme. Kemanisan larutan stevia tidak ditentukan oleh kandungan gula, tetapi lebih ditentukan oleh senyawa senyawa pemanis yang ada di dalamnya (Steviosida). Penelitian Marsono menunjukkan kadar gula total sebesar % memiliki tingkat kemanisan setara % gula. Suhu pengeringan dan suhu ekstraksi yang digunakan untuk penelitian selanjutnya adalah suhu 60 o C dan suhu 100 o C. Air memiliki titik didih 100 o C, sehingga air dapat mengekstrak lebih baik. B. Penjernihan Ekstrak Daun Stevia dengan Ultrafiltrasi Pada tahap ini diamati (1) pengaruh tekanan transmembran terhadap fluksi; (2) pengaruh laju alir tehadap fluksi; (3) konsentrasi larutan umpan stevia terhadap fluksi; (4) rejeksi membran dan kenaikan konsentrasi. 1. Fluksi Air Tujuan pengukuran fluksi air adalah untuk mengetahui kinerja membran dan mengevaluasi efektivitas pencucian membran (cleaning). 42

43 Pengamatan fluksi air dilakukan dengan mensirkulasikan air destilata pada suhu 40 o C selama 30 menit. Proses sirkulasi air destilata dilakukan sebelum dan setelah membran digunakan. Tekanan yang digunakan adalah 1.87 bar dan dengan kecepatan alir 0.04 m/s. Hasil pengukuran fluksi air menunjukkan nilai fluksi belum konstan pada awal filtrasi. Setelah menit ke-10 nilai fluksi mulai konstan, yaitu pada kisaran fluksi 225 L/m 2.jam. Grafik hubungan waktu filtrasi dengan fluksi dapat dilihat pada Gambar 14. Data lengkap fluksi air dapat dilihat pada Lampiran 9. Fluks (L/m 2.jam) Lama Filtrasi (menit) Gambar 14. Hubungan antara lama filtrasi dengan fluksi pada air destilata pada tekanan 1.87 bar, kecepatan alir 0.04 m/s Pengamatan fluksi air yang dilakukan oleh Raekiansyah (2002) dalam isolasi hialuronat, mencapai tunak setelah proses berlangsung pada menit ke 15. Membandingkannya dengan penelitian Raekiansyah karena membran polisulfon memiliki sifat yang sama dengan membran polietersulfon. 2. Kondisi Tunak Fluksi Larutan Stevia Konsentrasi umpan yang digunakan untuk mengetahui kondisi tunak pada konsentrasi steviosida dalam larutan stevia adalah 28.7 g/l. Hubungan waktu filtrasi dengan fluksi pada larutan stevia dapat dilihat 43

44 pada Gambar 15. Data yang berhubungan dengan waktu filtrasi terhadap fluksi dapat dilihat pada Lampiran ,00 Fluks (L/m 2.jam) 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 Lama Filtrasi (menit) Gambar 15. Grafik hubungan antara lama filtrasi larutan stevia dengan fluksi pada kecepatan 0.02 m/s dan tekanan 1.49 bar Kondisi tunak larutan stevia tercapai setelah menit ke-10 dengan nilai fluksi berkisar antara L/m 2.jam. Fluksi mulai menurun pada saat awal operasi dikarenakan telah terjadi pembentukan lapisan cake pada permukaan membran yang disebut polarisasi konsentrasi. Pada saat lapisan cake telah terbentuk secara konstan maka nilai fluksi relatif konstan terhadap waktu. 3. Pengaruh Tekanan Transmembran Terhadap Fluksi Pada penelitian ini untuk mengetahui pengaruh tekanan transmembran terhadap fluksi penjernihan larutan stevia, maka operasi dilakukan menggunakan beberapa tekanan yaitu 1.49 bar, 1.61 bar, 1.65 bar, dan 1.87 bar pada konsentrasi steviosida pada larutan stevia 20.4 g/l, 28.7 g/l, dan kecepatan alir 0.02 m/s. Data lengkap dapat dilihat pada Lampiran 11b. Hubungan tekanan transmembran dengan fluksi ditunjukkan pada Gambar

45 70,00 Fluks (L/m 2.jam) 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 C = 20,4 g/l C = 28,7 g/l 10,00 0,00 1 1,5 2 Tekanan (Bar) Gambar 16. Grafik hubungan antara tekanan transmembran terhadap fluksi pada beberapa konsentrasi dan kecepatan alir 0.02 m/s Grafik ini menunjukkan bahwa semakin tinggi tekanan, nilai fluksi yang dihasilkan semakin tinggi. Nilai fluksi tertinggi diperoleh pada konsentrasi steviosida pada larutan umpan 20.4 g/l dengan tekanan 1.87 bar sebesar L/m 2.jam. Operasi filtrasi larutan stevia dengan membran ultrafiltrasi yang dilakukan pada tekanan tinggi, pada titik tertentu nilai fluksi tidak dipengaruhi oleh tekanan transmembran walaupun tekanan ditingkatkan. Pada tekanan 1.61 bar telah menunjukkan kecenderungan konstan. Peningkatan nilai fluksi yang seiring dengan peningkatan tekanan, dikarenakan tekanan yang semakin tinggi akan meningkatkan gaya dorong larutan menuju membran. Pada konsentrasi steviosida 28.7 g/l menunjukkan fluksinya lebih rendah dibandingkan dengan konsentrasi steviosida 20.4 g/l. Hal itu diduga masih banyaknya partikel partikel bukan gula yang lolos pada proses penyaringan dengan kertas saring sehingga pada proses penjernihan dapat menghambat aliran larutan berupa pelarut dan zat terlarut (gula stevia) melewati membran. Larutan pada konsentrasi 28.7 g/l lebih pekat dibandingkan dengan larutan pada konsentrasi 20.4 g/l. Menurut pendapat Wenten (1999) bahwa pada air murni semakin tinggi tekanan yang diberikan, maka fluksi air juga akan semakin tinggi. Fluksi yang dihasilkan pada filtrasi air lebih tinggi dibandingkan dengan larutan 45

46 stevia. Hal ini disebabkan karena air tidak mengalami polarisasi konsentrasi sehingga tidak ada hambatan air untuk melewati membran. Data fluksi air dengan berbagai tekanan dapat dilihat pada Lampiran 11a. Fluks (L/m 2.jam) bar 1.45 bar 1.87 bar Tekanan transmembran (bar) Gambar 17. Hubungan tekanan transmembran dengan fluksi air dengan kecepatan alir 0.04 m/s Fenomena yang terjadi pada larutan stevia, ketika tekanan dinaikkan akan menaikkan fluksi tetapi setelah mencapai tekanan batas tertentu maka fluksi tidak meningkat walaupun tekanan dinaikkan. 4. Pengaruh Kecepatan alir Terhadap Fluksi Pengamatan pengaruh kecepatan alir umpan terhadap fluksi permeat dilakukan pada kecepatan alir m/s, m/s dan 0.02 m/s. tekanan transmembran 1.61 bar dan konsentrasi steviosida (20.4 g/l, dan 28.7 g/l). Hubungan antara kecepatan alir dengan fluksi dapat dilihat pada Gambar 18. Data lengkap hasil pengamatan dapat dilihat pada Lampiran 11c. 46

47 Fluks (L/m 2.jam) 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 Kecepatan alir (m/s) C1 = 20,4 g/l C2 = 28,7 g/l Gambar 18. Grafik hubungan antara kecepatan alir dengan nilai fluksi pada berbagai konsentrasi dan tekanan transmembran 1.61 bar Dari Gambar diatas diamati bahwa peningkatan nilai fluksi permeat pada konsentrasi umpan 20.4 g/l berkisar L/m 2.jam. Semakin besar kecepatan alir yang diberikan maka nilai fluksi semakin besar. Namun pada kecepatan alir m/s dan 0.02 m/s fluksi menunjukkan kecenderungan yang konstan. Hal itu disebabkan semakin banyak partikel partikel besar dipermukaan membran yang dapat digeser sedangkan partikel partikel yang memiliki ukuran lebih kecil atau mendekati ukuran pori membran akan lebih cepat menimbulkan penyumbatan daripada partikel yang lebih besar. Hal tersebut yang dapat menyebabkan terjadinya fouling dan penurunan fluksi. Namun semakin tinggi konsentrasi umpan akan menyebabkan kecepatan alir larutan berkurang dan fluksi menurun, karena viskositas larutan umpan yang tinggi dan pergerakan partikel keluar dari membran akan menurun. 5. Pengaruh Konsentasi Larutan Umpan Stevia Terhadap Fluksi Konsentrasi larutan umpan stevia dapat diukur dengan menggunakan spektrofotometer UV pada panjang gelombang 210 nm, dalam hal ini steviosida dinyatakan sebagai standar pemanis yang terkandung pada hasil ekstraksi daun stevia. Data lengkap hasil pengamatan diberikan pada Lampiran 11d. 47

48 Konsentrasi larutan umpan stevia adalah 20.4 g/l dan 28.7 g/l. Grafik hubungan antara konsentrasi larutan stevia dengan fluksi dapat dilihat pada Gambar ,00 Fluks (L/m 2.jam) 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 Konsentrasi steviosida larutan stevia (g/l) v = 0,0029 m/s v = 0,011 m/s v = 0,02 m/s Gambar 19. Grafik hubungan antara konsentrasi larutan umpan stevia dengan nilai fluksi pada tekanan transmembran 1.61 bar berbagai kecepatan alir. Grafik diatas menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi umpan maka fluksi yang dihasilkan semakin rendah. Fluksi akan menurun secara eksponensial jika konsentrasi umpan meningkat (Wenten, 1999). Hasil studi Widoretno (2005) menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi dalam umpan dapat meningkatkan viskositas pada permukaan membran sehingga dapat mengurangi daya difusi larutan melewati membran. Fluksi terhadap konsentrasi umpan pada kecepatan alir m/s menghasilkan fluksi yang lebih rendah yaitu L/m 2.jam L/m 2.jam dibandingkan fluksi terhadap konsentrasi umpan pada kecepatan alir m/s dan 0.02 m/s yaitu L/m 2.jam L/m 2.jam. Hal ini menunjukkan bahwa kecepatan alir yang rendah dapat mempercepat terakumulasinya partikel partikel yang terlarut dipermukaan membran. Sedangkan kecepatan alir yang tinggi mampu menggerakkan partikel partikel yang terdapat diatas permukaan membran. 48

49 6. Tingkat rejeksi membran dan kenaikan konsentrasi larutan stevia Proses penjernihan ekstrak daun stevia dengan membran ultrafiltrasi diharapkan seluruh solut yang mengandung pemanis stevia dapat lolos melewati membran sehingga rejeksi yang diperoleh 0% karena Molecular Weight CutOff (MWCO) membran yang digunakan untuk menjernihkan ekstrak daun stevia ini adalah Dalton, sedangkan bobot molekul senyawa pemanis stevia berkisar Tingkat rejeksi membran terhadap larutan stevia diperlihatkan pada Tabel 7. Tabel 7. Tingkat rejeksi membran pada berbagai tekanan transmembran dengan kecepatan alir 0.02 m/s Tekanan (bar) C umpan (g/l) C permeat (g/l) Rejeksi (%) Dari Gambar diatas diperoleh tingkat rejeksi stevia antara persen. Hal ini menunjukkan bahwa pemanis stevia masih ada yang tertahan oleh membran. Larutan stevia dengan konsentrasi steviosida 28.7 g/l memiliki rejeksi diatas 50 persen. Hal tersebut menunjukkan bahwa membran ultrafiltrasi masih kurang optimal dalam menyaring pemanis stevia. Di dalam larutan umpan diduga masih terdapat partikel partikel terlarut yang memiliki bobot molekul yang lebih besar sehingga telah terakumulasi diatas permukaan membran. Molekul gula yang tertahan oleh membran dapat disebabkan karena telah terjadi polarisasi konsentrasi sehingga molekul pemanis stevia sulit untuk lolos melewati membran. Polarisasi konsentrasi adalah terbentuknya lapisan kedua (second layer) pada permukaan membran yang meningkatkan resistensi membran (Cheryan. 1986). Berdasarkan tingkat rejeksi yang didapatkan membran dengan MWCO Dalton masih menghasilkan rejeksi yang tinggi, sehingga untuk mengurangi tingkat rejeksi yang tinggi diperlukan membran dengan MWCO yang lebih besar dari Dalton. 49

50 Kenaikan konsentrasi dari larutan umpan dapat diketahui dengan mengetahui konsentrasi retentat dan dapat dihitung dengan rumus: Cr Cf Kenaikan konsentrasi = Cf x 100 % Keterangan : Cr = Konsentrasi retentat Cf = Konsentrasi umpan (feed) Tabel 8. Kenaikan konsentrasi larutan stevia setelah penjernihan pada berbagai tekanan transmembran (kecepatan alir 0.02 m/s) P (bar) Kenaikan Cf Cp Cr Qf Qp Qr konsentrasi (g/ml) (g/ml) (g/ml) (ml/s) (ml/s) (ml/s) (%) Berdasarkan Tabel 8. kenaikan konsentrasi steviosida pada larutan retentat adalah sekitar persen. Semakin tinggi konsentrasi umpan, semakin banyak pula partikel terlarut yang dapat menghalangi laju difusi larutan ke membran sehingga produk yang diinginkan sulit lolos melewati membran. C. Karakteristik Larutan Stevia Uji karakteristik yang dilakukan pada ekstrak daun stevia sebelum dan sesudah filtrasi terhadap tiap tekanan dan kecepatan alir adalah ph, konsentrasi steviosida, kadar gula total, kejernihan dan kadar abu. Data lengkap hasil analisa larutan stevia pada berbagai tekanan dapat dilihat pada Lampiran 12. a). ph ph merupakan salah satu pengukuran asam atau basa suatu larutan. Larutan stevia memiliki ph diatas Pemanis stevia tidak akan berubah jika dipanaskan pada suhu 100 o C selama 1 jam dan stabil pada ph 3 ph 50

51 9 (Anonim. 2004). ph sebelum dan sesudah filtrasi larutan stevia dapat dilihat pada Gambar 20. ph 6,70 6,40 6,10 5,80 5,50 5,20 20,4 g/l 28,7 g/l Konsentrasi steviosida sebelum masuk membran (KSSM) Umpan Tekanan 1,49 bar Tekanan 1,61 bar Tekanan 1,65 bar Tekanan 1,87 bar Gambar 20. Perubahan ph pada berbagai konsentrasi umpan steviosida dan tekanan (CFV=0.02 m/s). ph 5,85 5,80 5,75 5,70 5,65 5,60 5,55 5,50 5,45 5,40 5,35 20,4 g/l 28,7 g/l Konsentrasi steviosida sebelum masuk membran (KSSM) Umpan CFV 0,0029 m/s CFV 0,011 m/s CFV 0,016 m/s Gambar 21. Perubahan ph pada berbagai konsentrasi umpan dan kecepatan alir (ΔP=1.61 bar). Pada Gambar 20 dan Gambar 22 menunjukkan bahwa ph larutan stevia setelah filtrasi tidak berubah secara signifikan yaitu berkisar antara Hal itu dikarenakan tidak adanya perlakuan kimiawi selama proses filtrasi. Salah satu keunggulan dari teknologi membran yaitu mengurangi penggunaan bahan kimiawi. Hasil penelitian Puri (2005) 51

52 tentang kajian pemurnian nira tebu dengan membran filtrasi dengan sistem aliran silang menghasilkan ph nira sebesar 5.41 dan terjadi penurunan ph setelah proses filtrasi dengan membran. b). Konsentrasi steviosida Pemanis stevia yang paling utama pada tanaman Stevia rebaudiana adalah steviosida. Steviosida jumlahnya lebih banyak dibandingkan dengan pemanis lainnya yang terkandung di dalam tanaman stevia. Kandungan steviosida di dalam daun stevia adalah 5 15% dan rebaudiosida A adalah 3 6%, sedangkan untuk glikosida yang lain jumlahnya sangat sedikit (Tanaka, 1979). Setelah pemisahan dengan membran pada berbagai tekanan dan kecepatan alir, terjadi penurunan konsentrasi steviosida pada permeat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 22 dan Gambar 23. Konsentrasi steviosida sesudah keluar membran (g/l) 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 20,4 g/l 28,7 g/l Konsentrasi steviosida sebelum masuk membran (KSSM) Tekanan 1,49 bar Tekanan 1,61 bar Tekanan 1,65 bar Tekanan 1,87 bar Gambar 22. Perubahan konsentrasi steviosida pada berbagai konsentrasi umpan steviosida dan tekanan (CFV=0.02 m/s). 52

53 Konsentrasi steviosida sesudah keluar membran (g/l) 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 20,4 g/l 28,7 g/l Konsentrasi steviosida sebelum masuk membran (KSSM) CFV 0,0029 m/s CFV 0,011 m/s CFV 0,02 m/s Gambar 23. Perubahan konsentrasi steviosida pada konsentrasi umpan steviosida dan kecepatan alir (ΔP=1.61 bar). Pada Gambar 22, tekanan yang tinggi akan menghasilkan konsentrasi steviosida sesudah keluar membran berkisar antara 7.9 g/l 12.9 g/l sedangkan pada berbagai kecepatan alir konsentrasi steviosida berkisar 6.9 g/l 10.0 g/l yang dapat dilihat pada Gambar 23. Konsentrasi steviosida setelah difiltrasi dengan membran mengalami penurunan pada konsentrasi 20.4 g/l sebesar 36.76% %, sedangkan konsentrasi 28.7 penurunannya sebesar 65.51% 73.17%. Konsentrasi steviosida mengalami penurunan dikarenakan telah terjadinya fermentasi selama proses filtrasi sehingga steviosida terhidrolisa menjadi steviol dan glukosa, disamping itu juga larutan memiliki sifat sedikit asam sehingga ada kemungkinan terjadi penguraian senyawa di dalam larutan tersebut. c). Kadar gula total Kadar gula total untuk menunjukkan larutan mengandung gula sederhana, oligosakarida dan polisakarida. Kadar gula total sebelum dan sesudah masuk membran pada berbagai tekanan dapat dilihat pada Gambar

54 Kadar gula total (g/l) 2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 0,000 20,4 g/l 28,7 g/l Konsentrasi steviosida sebelum masuk membran (KSSM) Umpan Tekanan 1,49 bar Tekanan 1,61 bar Tekanan 1,65 bar Tekanan 1,87 bar Gambar 24. Perubahan kadar gula total pada berbagai konsentrasi umpan steviosida dan tekanan (CFV=0.02 m/s). Pada gambar terlihat bahwa nilai gula total tertinggi diperoleh pada konsentrasi 20.4 g/l yaitu g/l. Kadar gula total pada tiap tekanan menunjukkan kecenderungan naik namun jumlah yang dihasilkan sedikit dibandingkan dengan steviosida. Hal tersebut menunjukkan bahwa kemanisan larutan stevia tidak ditentukan oleh kandungan gulanya. tetapi lebih ditentukan oleh senyawa senyawa pemanis yang ada di dalamnya (delapan glikosida diterpen). Steviosida dapat terhidrolisis menjadi aglikon (steviol) dan glukosa dengan adanya penambahan asam dan enzim. Gula total yang terukur adalah steviosida yang terhidrolisa menjadi glukosa dan steviol. 54

55 Kadar gula total (g/l) 2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 0,000 20,4 g/l 28,7 g/l Konsentrasi steviosida sebelum masuk membran (KSSM) Umpan CFV 0,0029 m/s CFV 0,011 m/s CFV 0,02 m/s Gambar 25. Perubahan kadar gula total pada berbagai konsentrasi umpan steviosida dan kecepatan alir (ΔP=1.61 bar). Pada kecepatan alir yang bervariasi menunjukkan kadar gula total yang fluktuatif sehingga tidak diketahui kecenderungannya. Namun kadar gula total yang menurun menunjukkan bahwa gula selain gula stevia ada yang tertahan dipermukaan membran. Kadar gula total setelah keluar dari membran pada berbagai kecepatan alir dapat dilihat pada Gambar 25. d). Persen kejernihan (%T) Menurut Moerdokusumo (1993), kejernihan merupakan perbandingan antara cahaya yang dipantulkan oleh suatu lapisan gula dan cahaya standar yang sama dipantulkan oleh lapisan magnesia. Kejernihan larutan diukur dengan menggunakan spektrofotometer pada panjang gelombang 490 nm dengan pengenceran 10 kali. Persen kejernihan (%T) pada larutan ekstrak daun stevia menunjukkan bahwa membran ultrafiltrasi mampu memisahkan pengotor-pengotor yang menyebabkan warna dari hasil ekstrak daun stevia. Hal itu ditunjukkan dengan semakin tinggi persen kejernihan (%T), maka semakin banyak kotoran-kotoran yang tersaring oleh membran. Larutan stevia yang telah difiltrasi dengan ultrafiltrasi aliran silang menghasilkan larutan yang lebih jernih dibandingkan dengan larutan ekstrak daun stevia sebelum difiltrasi dengan membran. Perbandingan nilai persen kejernihan (%T) sebelum dan 55

56 sesudah filtrasi pada berbagai tekanan dan berbagai kecepatan alir dapat dilihat pada Gambar 26 dan Gambar Kejernihan (%T) ,4 g/l 28,7 g/l Konsentrasi steviosida sebelum masuk membran (KSSM) Umpan Tekanan 1,49 bar Tekanan 1,61 bar Tekanan 1,65 bar Tekanan 1,87 bar Gambar 26. Perbandingan nilai persen kejernihan sebelum (umpan) dan setelah (permeat) filtrasi oleh membran pada berbagai tekanan (CFV=0.02 m/s). 100 Kejernihan (%T) ,4 g/l 28,7 g/l Konsentrasi steviosida sebelum masuk membran (KSSM) Umpan CFV 0,0029 m/s CFV 0,011 m/s CFV 0,02 m/s Gambar 27. Perbandingan nilai persen kejernihan sebelum (umpan) dan setelah (permeat) filtrasi oleh membran pada berbagai kecepatan alir (ΔP=1.61 bar). Berdasarkan Gambar 26, semakin tinggi tekanan yang diberikan persen kejernihan yang dihasilkan pada permeat semakin tinggi. Persen kejernihan meningkat sebesar 64% pada tekanan 1.87 bar. Pada Gambar 27, menunjukkan bahwa semakin tinggi kecepatan alir, maka persen kejernihan yang dihasilkan semakin rendah. Peningkatan persen 56

57 kejernihan terdapat pada kecepatan alir rendah ( m/s) sebesar 60%. Larutan ekstrak daun stevia sebelum difiltrasi masih memiliki warna yang keruh (coklat) dan mengandung pengotor-pengotor. Pengotor yang terkandung di dalam ekstrak daun stevia berupa klorofil, partikel-partikel besar yang menghasilkan pigmen, tanin dan senyawa inorganik. Hasil penjernihan ekstrak daun stevia dapat dilihat pada Gambar 27. Data lengkap persen kejernihan dapat dilihat pada Lampiran 12. (d) (c) (b) (a) Gambar 28. Hasil penjernihan ekstrak daun stevia (a) umpan. permeat pada (b) tekanan 1.49 bar. (c) tekanan 1.65 bar. (d) tekanan 1.87 bar. e). Kadar Abu Larutan ekstrak daun stevia sebelum difiltrasi memiliki kadar abu yang tinggi yaitu sebesar (0.073%). Namun setelah difiltrasi dengan membran, larutan ekstrak daun stevia menghasilkan kadar abu yang lebih rendah. Nilai kadar abu sebelum dan sesudah filtrasi pada konsentrasi larutan umpan stevia dan tekanan dapat dilihat pada Gambar

58 Kadar Abu (% ) 0,100 0,080 0,060 0,040 0,020 0,000 20,4 g/l 28,7 g/l Konsentrasi steviosida sebelum masuk membran (KSSM) Umpan Tekanan 1,49 bar Tekanan 1,61 bar Tekanan 1,65 bar Tekanan 1,87 bar Gambar 29. Nilai kadar abu sebelum dan sesudah filtrasi pada konsentrasi larutan stevia dan tekanan (CFV=0.02 m/s). Berdasarkan Gambar 29, kadar abu yang dihasilkan pada tekanan 1.87 bar mengalami penurunan sebesar 62%. Hal itu menunjukkan bahwa pengotor pada larutan ekstrak daun stevia dapat difiltrasi dengan ultrafiltrasi aliran silang sehingga larutan stevia menjadi lebih jernih. Pada kecepatan alir yang semakin meningkat menghasilkan nilai kadar abu yang meningkat, sehingga larutan stevia yang dihasilkan pun memiliki tingkat kejernihan yang rendah. Pada kecepatan alir yang rendah ( m/s), terjadi penurunan kadar abu sebesar 59%. Hal itu menunjukkan bahwa pada kecepatan alir yang rendah, proses terakumulasinya abu pada permukaan membran semakin cepat sehingga dapat menyumbat pori-pori membran. Nilai kadar abu sebelum dan sesudah filtrasi pada konsentrasi larutan umpan stevia dan kecepatan alir dapat dilihat pada Gambar

59 Kadar Abu (%) 0,090 0,080 0,070 0,060 0,050 0,040 0,030 0,020 0,010 0,000 20,4 g/l 28,7 g/l Konsentrasi steviosida sebelum masuk membran (KSSM) Umpan CFV 0,0029 m/s CFV 0,011 m/s CFV 0,02 m/s Gambar 30. Nilai Nilai kadar abu sebelum dan sesudah filtrasi pada konsentrasi larutan stevia dan kecepatan alir (ΔP=1.61 bar). f. Analisa larutan stevia dengan High Performance Liquid Chromatography (HPLC) Larutan stevia yang diekstraksi dengan air destilata sebelum dijernihkan dengan menggunakan membran dianalisa dengan HPLC untuk membuktikan ada tidaknya kandungan steviosida di dalam ekstrak daun stevia menggunakan pelarut air. Larutan ekstrak daun stevia terbukti mengandung senyawa glikosida yang utama yaitu steviosida dan rebaudiosida A. Pada standar steviosida waktu retensinya 3.14 dan standar rebaudiosida A waktu retensinya Larutan stevia sebelum jernihkan diketahui adanya steviosida dimana menghasilkan waktu retensi 3.10 (pada puncak kromatogram no. 4) dan 5.20 pada rebaudiosida A (puncak kromatogram no. 8). dapat dilihat pada Lampiran 13. Larutan stevia setelah dijernihkan diketahui waktu retensi 3.07 yang menunjukkan steviosida (puncak kromatogram no. 5) dan waktu retensi 5.26 menunjukkan rebaudiosida A (puncak kromatogram no. 12). Selain steviosida dan rebaudiosida A masih ada senyawa senyawa lain yang terkandung di dalam larutan stevia karena ada puncak kromatografi selain senyawa tersebut. Hasil analisa HPLC menunjukkan bahwa steviosida yang banyak terkandung di dalam daun 59

60 stevia. Keberhasilan dalam penjernihan ekstrak daun stevia belum dapat dikatakan berhasil karena standar yang digunakan hanya pemanis stevia yaitu steviosida dan rebaudiosida A, sehingga pengotor yang terkandung di dalam hasil ekstrak daun tidak dapat diketahui. D. PEMBAHASAN UMUM Membran ultrafiltrasi aliran silang (MWCO Dalton) mampu menjernihkan larutan stevia dari pengotornya. Pengotor pengotor yang terkandung di dalam larutan stevia berupa klorofil, tanin, partikel-partikel besar (protein dan koloid) yang menghasilkan pigmen dan senyawa inorganik. Namun proses penjernihan dengan ultrafiltrasi masih memberikan tingkat rejeksi yang tinggi sehingga konsentrasi steviosida yang diperoleh masih rendah. Hal itu dikarenakan larutan masih banyak mengandung partikel partikel besar yang dapat mempercepat terakumulasinya partikel di atas permukaan membran sehingga pemanis stevia ikut tertahan. Larutan stevia yang telah difiltrasi diukur kadar abu dan persen kejernihannya (%T) serta melihat nilai fluksi dan tingkat rejeksi pada berbagai kondisi membran untuk melihat tingkat keberhasilan membran dalam menjernihkan ekstrak daun stevia. Larutan stevia yang jernih diindikasikan dengan persen kejernihan yang tinggi dan kadar abu yang rendah. Kondisi yang demikian dapat diperoleh pada tekanan transmembran yang tinggi (1.87 bar dengan kecepatan alir 0.02 m/s) dan kecepatan alir yang rendah ( m/s dengan tekanan transmembran 1.61 bar). Pada tekanan yang tinggi (1.87 bar) diperoleh peningkatan kejernihan larutan stevia setelah difiltrasi sebesar 64 % dengan penurunan kadar abu sebesar 62%. Kecepatan alir yang rendah ( m/s) diperoleh peningkatan kejernihan larutan stevia sebesar 60% dengan penurunan kadar abu sebesar 59%. Fluksi tertinggi didapatkan pada tekanan transmembran 1.87 bar dengan kecepatan alir 0.02 m/s dan konsentrasi 20.4 g/l. Hasil analisa dengan HPLC (High Performance Liquid Chromatography) membuktikan bahwa larutan ekstrak daun stevia mengandung pemanis stevia yaitu steviosida sedangkan kandungan lainnya tidak dapat diketahui karena standar yang digunakan hanya pemanis stevia. Proses penjernihan pemanis stevia yang menghasilkan fluksi tinggi, tingkat rejeksi yang rendah dan konsentrasi steviosida yang tinggi dapat 60

61 diperoleh pada kondisi tekanan transmembran yang tinggi yaitu 1.87 bar, dengan kecepatan alir 0.02 m/s dan konsentrasi umpan yang rendah yaitu 20.4 g/l. 61

62 V. KESIMPULAN DAN SARAN A. KESIMPULAN Peningkatan kejernihan larutan ekstrak daun stevia dapat dilakukan dengan menggunakan membran ultrafiltrasi aliran silang pada kondisi tekanan transmembran yang tinggi dan kecepatan alir yang rendah. Peningkatan kejernihan tertinggi diperoleh sebesar 64% pada kondisi tekanan transmembran yang tinggi (1.87 bar dengan kecepatan alir 0.02 m/s) dan kecepatan alir umpan yang rendah ( m/s dengan tekanan transmembran 1.61 bar) diperoleh peningkatan kejernihan larutan ekstrak daun stevia sebesar 60%. Penggunaan kondisi tekanan 1.87 bar dengan kecepatan alir 0.02 m/s selain dapat meningkatkan kejernihan, juga menghasilkan nilai rejeksi yang rendah (36.7%) dan fluksi yang tertinggi (60.00 L/m 2.jam). B. SARAN Untuk memperbaiki proses dalam mengurangi kehilangan gula steviosida maka perlu dilakukan penjernihan gula stevia yang diawali menggunakan membran mikrofiltrasi. 62

63 DAFTAR PUSTAKA Acton, E. M dan Stone, H Science. 193: Anonim Ganti Gula dengan Pemanis. [artikel online], diakses 27 Mei Anonim Solvent. [artikel online], diakses 21 November Anonim Ultrafiltration Filtration Overview. [artikel online], diakses tanggal 7 Februari Anonim About Stevia Sugar. of stevia sugar/htm. [artikel online], diakses tanggal 14 Juli Anonim Science Tech, Entrepreneur. Vol. 12/No. 10: 6. AOAC Official Methods of Analysis of The Association of Official Analytical Chemist, 14 th ed. Washington DC. Atmawinata, O., dan R. S. Pudjosunarjo Perubahan Kadar Steviosida Dalam Daun Stevia Selama Pengolahan. Menara Perkebunan, 54 (3), Hal Atmoko, M. A. B., Pemberian Gambut Rawa Pening Pada Tanah Latosol Untuk Meningkatkan Pertumbuhan Dan Kandungan Gula Pada Tanaman Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni M). Skripsi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanain Bogor. Bogor. Cheryan, M Ultrafiltration and Mirofiltration Handbook. Technomic Publ. Co. Inc, Lancaster, Pennsylvania. Cheryan, M Ultrafiltration Handbook. Technomic Publ. didalam F. H. Pranata. Studi Penggunaan Membran Ultrafiltrasi Crossflow Dalam Proses Pemekatan Gelatin. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian. Bogor. Elkins, R Stevia Nature s Sweetener. Woodland Publishing, Inc. Pleasant Grove, UT. Guzman, C. C., dan J. S. Siemonsma Plant Resources of South-East Asia (PROSEA). Spices 13: Geuns, J. M. C Stevioside. Phytochem. 64 :

64 Giovanetto, R. H Method For Recovery Of Stevioside From Plant Raw Material. US patent no. 4,892,938. Kinghorn, A. D., dan Soejarto, D. D Stevioside. dalam L. O. Nabos dan R. C. Gelardi. Alternative sweeteners New York. Marcel Dekker Inc. Kohda, H., R,. Kasai, K., Yamakasi, K., Murakami dan O. Tanaka New Sweet Diterpene Glycosides from Stevia rebaudiana Bertoni M. Phytochem, 15 (-): Kumar, A., dan S. Q. Zhang Membrane-Based Separation Scheme For Processing Sweeteners from Stevia Leaves. Food Res. Int. 33 : Lutony, T. L Tanaman Sumber Pemanis. Penebar Swadaya. Jakarta. Mantovaneli, I. C. C., E. C Ferretti., M. R. Simoes dan C. Ferreira da Silva The Effect Of Temperature And Flow Rate On The Clarification Of The Aqueous Stevia-Extract In A Fixed-Bed Column With Zeolites. Brazilian J. Of Chem Eng.21 (03): Marsono, Y Pembuatan Sirup Stevia Sebagai Usaha Untuk Memperoleh Bahan Pemanis Yang Masih Berkalori. Laporan penelitian. Fakultas Teknologi Pertanian UGM. Yogyakarta. Martini, B Stevia - A Natural Choice. [artikel online]. Moerdokusumo, A Pengawasan Kualitas dan Teknologi Pembuatan Gula Di Indonesia. ITB. Bandung. Muhammad, T Pengukuran Derajat Kemanisan Gula Steviosida dai Ekstraksi dengan Soxlet. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Bogor. Mulder, M Basic Principle of Membrane Technology. Kluwer Academic Publisher, Netherland. Nikolova, D., B., Bankova, V., dan Popov, S. Separation and quantification of stevioside and rebaudioside A in plant extracts by normal-phase high performance liquid chromatography and thin-layer chromatography: A comparison, Phytochemical Analysis 5, 81 (1994). Noor, E Bahan Pengajaran II: Proses Hilir. Jurusan Teknologi Industri Pertanian. Institut Pertanian Bogor. Nubatonis, L. M Kajian Aplikasi Teknologi Membran Pada Proses Pemurnian Nira Tebu. Tesis.Sekolah Pascasarjana. IPB. 64

65 Osada, Y. dan T. Nagawa Membrane Science and Technology. Marcel Dekker, Inc., New York. Sudarmaji Bahan-bahan Pemanis. Agritech. Yogyakarta. Tanaka, O Chemistry of Stevia rebaudiana Bertoni M. New Source of Natural Sweeteners. Ins.of Pharm. Sci. Hirosima Univ. School of Medicine Japan. Taylor, L The Power of Rainforest Herb. raintree.com/stevia/htm.[artikel online], diakses tanggal 5 Februari Wang, C., Y. Liu., B. He., X. Guo., Y. Fan., Z. Shi., M. Xu., dan R. Shi Synthesis of Bifunctional Polymeric Adsorbent and Its Application in Purification of Stevia Glycosides. Food Research International. 50 : Widoretno Kajian Proses Pemurnian Dan Pemekatan Larutan Raw Sugar Dengan Menggunakan Teknologi Membran. Tesis. Sekolah Pascasarjana IPB. Bogor. Wenten I. G Teknologi Membran Industrial. Jurusan Teknik Kimia, ITB. Bandung. Zairisman, A. A.Alfa dan O. Atmawinata Penentuan Kadar Steviosida dan Rebaudiosida-A dalam Daun Stevia Dengan High Performance Liquid Chromatography. Menara Perkebunan, 53 (4), Zeman, L. J dan A. L Zydney Microfiltration and Ultrafiltration Principles and Application. Marcel Dekker Inc. New York. 65

66 66

67 Lampiran 1. Perangkat Alat Percobaan Membran ultrafiltrasi hollow fibre Pompa dengan sistem modul aliran silang 67

68 Lampiran 2. Spesifikasi Teknik Unit Ultrafiltrasi No URAIAN/JENIS MATERIAL JUMLAH 1 Modul membran mikrofiltrasi 1 unit Brand : GDP Filter Material : Polyethersulfone (PES) MWCO : daltons Membrane area : 0.5 m 2 Working pressure : 0 2 bar Housing dimension : Dia 40 mm x L 300 mm 2 Filter Pump Type Maximum capacity Maximum pressure Power : Diaphragm Pump : 180 liter/jam : 6 kg/cm2 : 96 W/48 DC V/2.0 A 1 unit 3 Piping and Accessories 3.1 Tubing Type : Flexible hose Material : Poly Urethane Diameter : 6 mm 3.2 Accessories Pressure gauge Brand : SELLERY Pressure range : 0 4 bar Connection : NPT 1/4' Regulator valve Type : Ball valve Material : Stainless steel Solenoide valve Type : Needle valve Material : Plastic PP Fiting/Connection Material : Polyprophylene 1 lot 2 unit 1 unit 2 unit 8 pcs 4 Frame Material Dimensi : Painted carbon steel & acrylic : 40 cm x 38 cm x 38 cm 1 lot 5 Control box Model Including : Adjustable : Timer, relay, circuit breaker 1 set 68

69 Lampiran 3. Diagram alir penentuan suhu pengeringan dan suhu ekstraksi a. Pengeringan daun stevia pada berbagai suhu Tanaman Stevia Pemipilan daun dari batang Di oven (T = 60 o C, 80 o C,100 o C ; t = ± 2 4 jam) Ukur kadar air tiap ½ jam, sampai kadar air mencapai < 10% Di giling hingga halus Saring dengan saringan 65 mesh Daun stevia yang telah halus b. Ekstraksi daun stevia pada berbagai suhu pemanasan D aun stevia yang telah halus, hasil pengeringan 60 o C, 80 o C, 100 o C ditimbang sebanyak 1 gram Ditambahkan aquades sebanyak ± 20 ml (ph = 7) Dipanaskan dalam waterbatch (T = 25, 40, 60, 100 o C ; t = 1 Jam, kecuali 25 o C dibiarkan semalam) Saring dengan kertas saring whatman Residu Filtrat Cuci dengan air panas Tambah air sampai 100 ml Saring Residu A nalisa konsentrasi steviosida dan kadar gula total 69

70 Lampiran 4. Diagram alir pembuatan larutan stevia pada berbagai konsentrasi untuk proses penjernihan dengan membran ultrafiltrasi 70

71 Lampiran 5. Data perhitungan konsentrasi steviosida dengan spektrofotometer UV (λ=210 nm) Kurva standar steviosida Konsentrasi Abs (g/100ml) Absorbansi 0,800 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000 0,000 0,005 0,010 0,015 Konsentrasi steviosida (g/100ml) Abs Linear (Abs) y = 47,979x + 0,0819 R 2 = 0,9949 Perhitungan konsentrasi steviosida Absorbansi dengan panjang gelombang 210 nm, spektofotometer UV sampel 1 Absorbansi (λ = 210 nm) Rata - rata Abs Pengenceran Konsentrasi steviosida (g/100ml) Konsentrasi steviosida (g/l) 1 2 Umpan P (1.49 Bar) P (1.61 Bar) P (1.65 Bar) P (1.87 Bar) v (0.0029) v (0.011) v (0.016) sampel 2 Absorbansi (λ = 210 nm) Rata - rata Abs Pengenceran Konsentrasi steviosida (g/100ml) Konsentrasi steviosida (g/l) 1 2 Umpan P (1.49 Bar) P (1.61 Bar) P (1.65 Bar) P (1.87 Bar) v (0.0029) v (0.011) v (0.016)

72 Contoh perhitungan konsentrasi steviosida: Persamaan regresi kurva standar: y = x R 2 = Absorbansi sampel rata-rata: Pengenceran: 200 kali x = ( )/ = g/100 ml Konsentrasi dalam filtrat = 200 x g/100 ml = 2.04 g/100 ml = 20.4 g/l 72

73 Lampiran 6. Prosedur Analisa 1. ph (AOAC, 1984) Suhu larutan stevia diukur dan diset pengatur suhu ph meter ph meter dinyalakan dan dibiarkan sampai stabil (15 menit) Elektroda dicelupkan ke dalam larutan stevia Elektroda dibiarkan tercelup sampai diperoleh pembacaan yang stabil Diperoleh ph larutan stevia 2. Kadar air (AOAC, 1984) Cawan kosong dioven selama 10 menit pada suhu 105 o C, kemudian dinginkan dalam desikator. Timbang bahan sebanyak 2-5 gram. Bahan + cawan dioven pada suhu 105 o C selama 3 5 jam. Dinginkan dalam desikator, kemudian timbang. Keringkan kembali ke dalam oven sampai diperoleh berat yang tetap. berat awal bahan berat akhir bahan Kadar air (%,bb) = x 100 % berat awal bahan (g) 3. Penentuan Konsentrasi steviosida (Nikolova-Damyanova et al, 1994) Membuat kurva baku glikosida, dalam hal ini yang digunakan steviosida, yaitu 0.02 gram steviosida dalam labu takar 100 ml dan diencerkan sampai tanda tera (larutan steviosida dengan konsentrasi 0.02 % atau 20 mg per 100 ml). Dari larutan steviosida baku tersebut diencerkan sampai larutan mempunyai konsentrasi 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, dan 14 mg per 100 ml. Larutan tersebut ditera absorabansinya dengan spektronik double beam UV dengan kisaran absorbansi 0 2 dan panjang gelombang 210 nm. Peneraan absorbansi sampel dilakukan dengan mengencerkan sampel sampai mempunyai nilai absorbansi antara 0 2. selanjutnya konsentrasi steviosida pada sampel dapat diketahui dari kurva baku dikalikan dengan faktor pengencerannya. 4. Total gula dengan metode Fenol (AOAC, 1984) Pembuatan kurva standar : pipet 2 ml larutan glukosa standar yang mengandung 0, 10, 20, 30, 40, 50, dan 60 µgram glukosa masing masing masukkan ke dalam tabung reaksi. Tambahkan 1 ml larutan fenol 5 %, kemudian dikocok. 73

74 Tambahkan dengan cepat dan tegak lurus ke permukaan larutan 5 ml larutan asam sulfat pekat Biarkan selama 10 menit, kocok Ukur absorbansi pada panjang gelombang 490 nm Buat kurva standar Penetapan sampel: sampel yang digunakan berupa cairan yang jernih, prosedur sama seperti pada pembuatan kurva standar. 5. Kadar Abu (AOAC, 1984) Siapkan cawan porselen, kemudian bakar dalam tanur, dinginkan dalam desikator dan timbang. Timbang bahan sebanyak 3 5 gram dalam cawan, kemuian letakkan dalam tanur pengabuan, bakar sampai didapat abu berwarna keabu abuan atau sampai beratnya tetap. Pengabuan dilakukan pada suhu 600 o C selama 2 jam. Dinginkan dalam desikator dan timbang 6. Persen Kejernihan (% T) (AOAC, 1984) Ambil sampel feed dan permeat kemudian lakukan pengenceran sebanyak 10 kali Ukur tingkat kejerniha dengan menggunakan spektrofotometer dengan panjang gelombang 490 nm, satuan yang dipakai persen transmisi (%T), aquades sebagai standar atau blanko (100 %). 7. Analisa High Performance Liquid Chromatogrphy (HPLC) (Zairisman, 1985) Larutan steviosida dan rebaudiosida dengan konsentrasi 400 ppm, fasa gerak yang terdiri atas campuran 76 % acetonitril dan 24 % air. Kecepatan alir pelarut 1.5 ml per menit. Larutan yang akan dianalisis disuntikkan sebanyak 10 mikrometer ke dalam varian 5000 series liquid chromatograph yang dilengkapi dengan loop injector UV-50 detektor dan TA 401 chromatography data system. Konsentrasi steviosida dan rebaudiosida A diukur pada sensitivitas 0.2 absorbansi unit full scale, kolom yang digunakan adalah NH

75 Lampiran 7. Hasil Analisa Fitokimia Daun Stevia 75

76 Lampiran 8. Hasil Analisa Tahap Pertama a. Kadar air daun stevia selama pengeringan (% bb) Suhu Pengeringan Jam Ke- ( o C) b. Hasil analisa larutan stevia pada berbagai suhu pengeringan dan suhu ekstraksi Suhu Pengeringan Suhu Ekstraksi Konsentrasi steviosida (g/l) Konsentrasi gula total (g/l)

77 Lampiran 9. Data Fluksi Air Hasil Penyaringan Dengan Menggunakan Membran (P= 1.87 bar; v= 0.04 m/s) Lama filtrasi (menit) Lama filtrasi (menit) Vol (ml) Detik Fluksi (L/m 2.jam) Vol (ml) Detik Fluksi (L/m 2.jam)

78 Lama filtrasi (menit) Lama filtrasi (menit) Vol (ml) Detik Fluksi (L/m 2.jam) Vol (ml) Detik Fluksi (L/m 2.jam)

79 Lampiran 10. Data Penentuan Kondisi Tunak Larutan Stevia (P= 1.49 bar; T= 40 o C; CFV= 0.02 m/s dan C=15.4 g/l) Lama Filtrasi (menit) Volume (ml) detik Fluks (L/m 2.jam) Lama Filtrasi (menit) Volume (ml) detik Fluks (L/m 2.jam )

80 Lampiran 11. Data Hasil Filtrasi Dengan Membran Ultrafiltrasi a. Data Hubungan Tekanan Transmembran Terhadap Nilai Fluksi Air Destilata Tekanan (bar) volume (ml) Waktu (detik) Fluksi (L/m2 jam) b.data Hubungan Tekanan Transmembran Terhadap Nilai Fluksi C 1 = 20.4 g/l ; v = 0.02 m/s Tekanan (bar) volume (ml) Waktu (detik) Fluksi (L/m2 jam) C 2 = 28.7 g/l ; v = 0.02 m/s Tekanan (bar) volume (ml) Waktu (detik) Fluksi (L/m2 jam) c. Data Hubungan Kecepatan AlirTerhadap Nilai Fluksi C 1 = 20.4 g/l ; ΔP = 1.61bar CFV (m/s) volume (ml) Waktu (detik) Fluksi (L/m2 jam) C 2 = 28.7 g/l ; ΔP = 1.61 bar CFV (m/s) volume (ml) Waktu (detik) Fluksi (L/m2 jam) d. Data Hubungan Konsentrasi Terhadap Fluksi P = 1.61 bar ;v = m/s Konsentrasi (%) volume (ml) Waktu (detik)fluksi (L/m2 jam) P = 1.61 bar ;v = m/s Konsentrasi (%) volume (ml) Waktu (detik)fluksi (L/m2 jam) P = 1.61 bar ;v = 0.02 m/s Konsentrasi (%) volume (ml) Waktu (detik)fluksi (L/m2 jam)

81 Lampiran 12. Data Analisis hasil penjernihan larutan stevia dengan membran ultrafiltrasi a. Hasil penjernihan pada berbagai tekanan Konsentrasi Tekanan steviosida pada larutan stevia (g/l) (bar) ph Konsentrasi steviosida (g/l) Analisa larutan stevia Kadar gula total (g/l) Kejernihan (%)* Kadar abu (%) Umpan Umpan Keterangan : * Pengenceran 10 kali b. Hasil penjernihan pada berbagai kecepatan alir Konsentrasi steviosida pada larutan stevia (g/l) Kecepatan Analisa larutan stevia Alir (m/s) ph Konsentrasi Kadar Kejernihan steviosida gula total (%)* (g/l) (g/l) Kadar abu (%) Umpan Umpan Keterangan : * Pengenceran 10 kali Lampiran 13. Hasil Uji High Performance Liquid Chromatography (HPLC) a. HPLC dari standar steviosida (400 ppm)

82 b. HPLC dari standar rebaudiosida (400 ppm) c. HPLC dari larutan stevia sebagai umpan (28.7 g/l)