KINETIKA REAKSI GLISEROLISIS MINYAK PUPA ULAT SUTERA MENGGUNAKAN KATALIS MgO

Transkripsi

1 KINETIKA REAKSI GLISEROLISIS MINYAK PUPA ULAT SUTERA MENGGUNAKAN KATALIS MgO Mega Kasmiyatun*, Ery Fatarina Purwaningtyas, MF. Sri Mulyaningsih M. Komarudin Soleh Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas 17 Agustus 1945 (UNTAG) Jl. Pawiyatan Luhur Bendan Dhuwur Semarang, * megapramudono@yahoo.com ABSTRAK Pupa ulat sutra (Bombyx mori) adalah salah satu produk samping dari Pusat Sutera Alam (PSA) Regaloh Pati yang belum banyak dimanfaatkan. Pupa ulat sutra ini dapat ditingkatkan nilai ekonomisnya melalui proses gliserolisis dengan menggunakan katalis MgO. Produk dari gliserolisis ini adalah monogliserida dan digliserida yang mempunyai potensi besar sebagai bahan baku sintesis surfaktan yang biodegradable. Penelitian ini bertujuan mengkaji kinetika reaksi dari proses gliserolis minyak pupa sutra. Reaksi dilakukan pada berbagai variasi suhu dari 65 o C sampai 85 o C pada tekanan 1 atm. Setiap selang waktu 1 jam, sampel diambil dari proses sampai dengan 4 jam waktu reaksi, untuk kemudian dianalisis kandungan sisa trigliserida yang ada dalam tiap sampel. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu reaksi, reaksi berjalan semakin cepat. Analisis lebih lanjut menunjukkan bahwa reaksi yang terjadi adalah reaksi orde dua bolak-balik, dengan nilai k 1 dan k 2 (dalam L/mol.det) berturut-turut adalah sebagai berikut. k 1 (338) = 0,00013; k 1 (348) = 0,00028; k 1 (358) = 0,00041; k 2 (338) = 0,00004; k 2 (348) = 0,00009; k 2 (358) = 0, Kata kunci: gliserolisis, MgO, pupa sutra, surfaktan biodegrable PENDAHULUAN Pupa adalah bagian dari isi kepompong (kokon) yang merupakan produk sampingan serikultur. Pupa berfungsi sebagai pelindung pada proses metamorfosis ulat menjadi kupu-kupu. Selama ini pupa ulat sutra (Bombyx mori) yang sudah mati karena proses pengeringan, merupakan limbah yang belum tertangani secara maksimal. Sebagian masyarakat memanfaatkannya sebagai makanan ternak karena kandungan protein, lemak, dan vitamin yang cukup tinggi (Ketaren, 1986). Pemanfaatan pupa yang telah dilakukan adalah sebagai pupuk, senyawa anti bakteri untuk melawan sel leukimia, senyawa anti fungal, dan sebagai sumber lesitin yang dapat dimanfaatkan untuk antioksidan pada minyak sayur dan minyak ikan. Pupa juga dapat dimanfaatkan sebagai makanan komersil dan makanan diet bagi penderita diabetes dan gangguan jantung. Salah satu upaya untuk meningkatkan nilai ekonomis limbah pupa ulat sutra yang belum tergarap adalah pemanfaatannya sebagai surfaktan biodegradable. Dengan proses gliserolisis, minyak pupa yang telah terekstrak dapat diolah menjadi monogliserida dan digliserida sebagai bahan baku surfaktan. Surfaktan tersebut banyak dimanfaatkan dalam industri pangan, khususnya pada pengolahan margarin, mentega, puding, roti, biskuit, dan kue-kue kering (Potter, 1994; Holmberg et al., 2004; Christina, 2006). Pupa ulat sutra (Bombyx mori) yang telah diolah dalam bentuk tepung (powder) memiliki kandungan 7,18 % air, 29,57 % lipid, 48,98 % protein, 4,65 % glikogen,, 3,37 % kitin, dan sisanya abu (Yang et al., 2004). Ekstraksi tepung pupa menghasilkan minyak pupa yang berwarna coklat transparan dan berbau seperti ikan, dengan karakteristik fisik dan kimia seperti disajikan pada Tabel 1. Berdasarkan persamaan Arrhenius, (Nauman, 2002) menjelaskan bahwa sebagian besar laju reaksi sensitif terhadap temperatur dan beberapa penelitian di laboratorium menganggap bahwa temperatur sebagai salah satu faktor penting untuk meningkatkan yield ataupun selektivitas reaksi. Pada penelitian ini digunakan pelarut yang diperkirakan dapat meningkatkan kelarutan minyak dalam gliserol supaya reaksi gliserolisis bisa dilakukan pada suhu yang lebih rendah untuk menghindariterbentuknya warna coklat dan bau tidak sedap akibat terbakarnya bahan dan produk. Pelarut 98

2 yang dapat meningkatkan kelarutan minyak dalam alkohol adalah senyawa alkohol alifatis rantai panjang yang memiliki titik didih cukup tinggi (di atas 100 o C). Pada penelitian ini pelarut yang digunakan adalah n-butanol yang mempunyai TD 117,73 0 C. Tabel 1. Sifat fisik - kimia minyak pupa sutra (Purwaningtyas dkk., 2006) Parameter Nilai Viskositas, cp 30 ph 5 Densitas, gr/ml 0,94 Bilangan asam, % 12 Bilangan iod, gr Iod/100 gr 126 Bilangan penyabunan, mg KOH/ gram 215 Bilangan peroksida, gr O 2 /100 gram 17 FFA, % 0,42 Asam lemak tak jenuh, % 36 Gliserolisis adalah reaksi antara gliserolisis dengan trigliserida dari minyak atau lemak untuk memproduksi monogliserida dan digliserida. Monogliserida terdiri dari satu radikal asam lemak dan dua molekul gliserol, sedangkan digliserida hanya terdiri dari satu molekul gliserol saja. Reaksi gliserolisis yang terjadi adalah sebagai berikut (Nourredini and Medikonduru, 1997; Anggoro dkk., 2008). Persamaan kecepatan reaksi gliserolisis secara keseluruhan sebagai berikut : r = -dc A /dt = k 1 (C A ) (C B ) k 2 (C C ) ( C D )...(1) C A = C A0 (1 X A ); C B = C B0 (C A0. X A ) ; C C = C C0 + (C A0. X A ) ; C D = C D0 + (C A0. X A ) ; X A = konversi A Pada kondisi equilibrium (X Ae ), r = 0 ; ;... (2) C A : konsentrasi trigliserida sisa ; C B : konsentrasi gliserol sisa ; C C : konsentrasi hasil monogliserid ; C D : konsentrasi hasil digliserida. Sedangkan k 1 dan k 2 adalah konstanta kecepatan reaksi. X A adalah konversi triglisrida t adalah waktu reaksi. Secara matematis hubungan antara nilai konstanta kecepatan reaksi terhadap suhu dinyatakan dengan persamaan Archenius (Levenspiel, 1999; Hill, 1977). k = A. e -Ea/RT... (3) Dimana : k = konstanta kecepatan reaksi; A = faktor tumbukan; Ea = energi aktivasi (J/mol); R = 8,314 J/mol K ; T = suhu (K) Penelitian ini bertujuan mengkaji kinetika reaksi dari proses gliserolis minyak pupa sutra, yang hasilnya akan berguna sebagai dasar rancangan produksi surfaktan monogliserida dan digliserida sebagai surfaktan biodegradable pada skala yang lebih besar METODE PENELITIAN Bahan dan Alat Bahan : minyak pupa sutera hasil ektraksi mempunyai densitas 0,940 gram/ml, gliserol 87,72%, katalis MgO p.a. Merck, dan pelarut n-butanol dengan kemurnian 74,28 %. 99

3 Alat Penelitian : Rangkaian alat yang digunakan pada penelitian ini seperti terlihat pada Gambar 1 Gambar 1. Rangkaian Alat Gliserolisis ( Dokumentasi, 2015). Prosedur Penelitian Minyak pupa sebanyak 100 gram, 50 gram gliserol, 4,5 gram katalis MgO, dan 200 ml n-butanol dimasukkan ke dalam labu leher tiga. Pengaduk motor digerakkan pada kecepatan 400 rpm. Campuran kemudian dipanaskan sampai suhu 65 o C, selanjutnya4,5 gram katalis MgO dimasukkan, suhu dijaga konstan. Sampel pertama diambil untuk waktu 0 jam. Proses gliserolisis dijalankan selama 4 jam, dimana sampel diambil sebanyak 10 ml setiap jamnya. Prosedur yang sama dijalankan untuk variasi temperatur 75 o C dan 85 o C. Sampel selanjutnya dianalisis untuk mengetahui kadar monogliserida, digliserida, dan sisa trigliserida hasil reaksi gliserolisis dengan metode analisis AOAC (Association of Analytical Chemist). HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh waktu terhadap konsentrasi sisa trigliserida pada perbandingan komposisi reaktan tetap dapat dilihat pada Tabel 2 dan Gambar 2. Semakin besar konversi trigliserida yang berubah menunjukkan semakin besar konversi pruduk yang diperoleh pada reaksi gliserolisis tersebut Tabel 2. Konversi Trigliserida pada berbagai Suhu Waktu (t), jam Konversi trigliserida (X A ), % 338 K 348 K 358 K 1 9,15 17,87 10, ,26 24,26 25, ,19 26,57 34, ,07 28,95 37,87 100

4 Gambar 2. Grafik hubungan konversi trigliserida pada berbagai waktu Dari Gambar 2 dapat dilihat bahwa konversi trigliserida semakin naik seiring dengan bertambahnya waktu reaksi.. Pengaruh temperatur terhadap konstanta kecepatan reaksi gliserolisis dapat dilihat pada Tabel 3, Gambar 3, dan 4. Tabel 3 memperlihatkan bahwa nilai konstanta kecepatan reaksi bertambah dengan kenaikan temperatur. Nilai konstanta kesetimbangan (K=k1/k2) yang kecil menunjukkan bahwa reaksi tersebut adalah reaksi reversibel. Apabila dibuat hubungan antara konstanta kecepatan reaksi dengan temperatur menurut Hukum.Archenius, maka didapat persamaan sebagai berikut. Tabel 3. Konstanta Kecepatan Reaksi (k 1 dan k 2 ) dan Konstanta Kesetimbangan (K) pada berbagai suhu Temperatur (K) k 1 data k 1 hit Ralat (%) k 2 data k 2 hit Ralat(%) K = k 1 /k ,2971 1,3818 6,13 0,4272 0, ,08 3, ,8408 2, ,91 0,8626 0, ,35 3, ,0732 4,3555 6,48 0,8271 0, ,70 4,9247 Total 26,52 50,12 Penyimpangan rerata 8,84 16,71 101

5 Gambar 3. Grafik hubungan konstanta kecepatan reaksi k 1 pada berbagai suhu KESIMPULAN Gambar 4. Grafik hubungan konstanta kecepatan reaksi k2 pada berbagai suhu Semakin lama waktu reaksi, trigliserida dari minyak pupa yang terkonversi semakin tinggi.semakin tinggi temperatur, konstanta kecepatan reaksi (k 1 atau k 2 ) semakin besar. Reaksi gliserolisis minyak pupa adalah reaksi orde dua reversibel dengan nilai k 1 dan k 2 sebagai berikut. dan Dengan penyimpangan masing-masing sebesar 8,84% dan 16,71 %. UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih disampaikan kepada DIKTI yang telah mendanai penelitian ini Sesuai dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Hibah Penelitian Bagi Dosen Perguruan Tinggi SwastaKopertis Wilayah VI Batch-I) Melalui DIPA DIKTI Tahun Anggaran 2015 Nomor: 003/K6/KM/SP2H/PENELITIAN_BATCH-I/2015,Tanggal : 30 Maret

6 DAFTAR PUSTAKA Anggoro, D.D; Budi, F.S., Noviana, S.M dan Hapsari, Y.S., 2008, Proses Gliserolisis Minyak Kelapa Sawit menjadi Mono-diacylgliserol dengan Pelarut n-butanol dan Katalis MgO, Prosiding Seminar Nasional Rekayasa Kimia dan Proses, Teknik Kimia UNDIP, Semarang. Christina, D., 2006, Karakterisasi dan Aplikasi Emulsifier Campuran Mono-diasilgliserol dari Destilat Asam Lemak Minyak Kelapa Sawit, penelitian Jurusan Teknologi Pangan dan Gizi, Fakultas Teknologi Pertanian IPB, Bogor. Hill, C., 1977, An Introduction to Chemical Engineering Kinetics and Reactor Design, John Wiley and Sons, New York. Holmberg, K., Jonsson, B; Kronberg, B, dan Lindman, B., 2004, Surfactants and Polymers in Aqueous Solution, 2nd ed., John Wiley and Sons Inc., New York. Ketaren, S., 1986, Pengantar Teknologi Minyak dan Lemak Pangan, ed.1, Universitas Indonesia, Jakarta. Levenspiel, O., 1999, Chemical Reaction Engineering, John Wiley and Sons, Inc., New York. Nourredini, H., and Medikonduru, V.,1997, Glycerolysis of Fats and methyl Esters, Journal of The American Oil Chemists Society, Vol.74, No.4 Potter, M.R., 1994, Handbook of Surfactants, 2nd ed., Chapman and Hall, Glasgow. Purwaningtyas, E.F., Retno Ambarwati, Rudi Firyanto., 2006, Pemanfaatan Limbah Ulat Sutera Sebagai Sumber Protein dan Lemak., Laporan Penelitian Dosen Muda, DP2M-DIKTI. Yang, X., Huang,L., and Li,T,2004, Effects of Silkworm Pupa Oil on Serum Lipids Anp Platelet Fuction in Rats, Departement of Nutrition and Hygiene, Tongji Medical College of Huanghzhong University of Science and Technology, Wuhan, China. 103