I. TINJAUAN PUSTAKA. nabati berupa Crude Plam Oil (CPO), sangat banyak ditanam dalam perkebunan

Transkripsi

1 I. TINJAUAN PUSTAKA A. Limbah Serat Buah Sawit 1. Definisi Kelapa Sawit merupakan salah satu tanaman budidaya penghasil minyak nabati berupa Crude Plam Oil (CPO), sangat banyak ditanam dalam perkebunan di Indonesia terutama di pulau Sumatera, Kalimantan, Sulawesi dan Papua. Selain menghasilkan CPO, dalam proses pengolahan kelapa sawit juga menghasilkan berbagai jenis limbah, yang salah satunya adalah serat. Serat merupakan limbah sisa perasan buah sawit berupa serabut. Bahan ini mengandung protein kasar sekitar 4% dan serat kasar 36% (lignin 26%) (Kamal, 2014). Serat yang disebut juga sabut atau serabut (fibre), berasal dari mesocarp buah sawit yang telah mengalami pengempaan di dalam screw press (alat pengempa). Pengempaan (proses pemerasan) merupakan salah satu proses pengolahan kelapa sawit di PKS. Serabut sawit ukurannya relatif pendek, sesuai dengan ukuran mesocarp buah sawit. Kandungan kimia serabut didominasi oleh glucan sebanyak 219kg/ton berat kering, xylan 153 kg/ton berat kering, lignin 234 kg/ton berat kering, SiO kg/ton berat kering, K 2 O 90 kg/ ton berat kering, dan CaO 72 kg/ton berat kering (Wahyono dkk, 2008). 2. Komposisi Serat Dalam Material Balance Tandan Buah Sawit Komposisi jumlah serat dalam material balance tandan buah sawit menurut Pardamean (2008), adalah sejumlah 10 12%. Material balance tandan buah 6

2 sawit, merupakan komposisi material (massa) yang tersusun dalam sebuah tandan buah sawit. Material balance tandan buah sawit secara lengkap ditunjukkan oleh Gambar 1 berikut. TBS 100% Tandan Buah Rebus (88-92%) Air Kondensat (8-12%) Tandan Kosong (20-23%) Buah Terpipil (55-65%) Mesokarp (43-53%) Biji (12-16%) Minyak (20-23%) Air (13-23%) Serat (10-12%) Kernel (5-7%) Cangkang (7-9%) Gambar 1. Material Balance Tandan Buah Sawit (Pardamean, 2008) B. Oil Losses Dalam Pengolahan Kelapa Sawit Di PKS Oil losses merupakan kehilangan potensi minyak yang terjadi selama proses pengolahan kelapa sawit di PKS. Oil losses terdapat pada beberapa material hasil samping proses pengolahan, yang dinyatakan dalam satuan persentase (%). Upaya minimalisasi oil losses harus dilakukan secara konsisten, pada setiap proses pengolahan yang ada di PKS. Hal ini dimaksudkan agar diperoleh rendemen 7

3 (persentase minyak) yang maksimum. Standarisasi oil losses pada material hasil samping proses pengolahan kelapa sawit di PKS, akan ditunjukkan oleh Tabel 1 (Yudanto, 2005). Tabel 1. Standar Oil Losses Pada Material Hasil Samping Proses Pengolahan Kelapa Sawit di PKS (Yudanto, 2005) No. Komponen Kehilangan Minyak Standar (%) 1. Kadar minyak di air kondensat 0,4 per zat basah 2. Kadar minyak di TKS (Tandan Kosong 4,5 6,40 per zat kering Sawit) 3. Kadar minyak di biji 0,1 1 per zat kering 4. Kadar minyak di centrifuge per zat kering 5. Kadar minyak di drab akhir 0,6 zat basah 6. Kadar minyak di ampas press (fibre) 6 8 per zat kering C. Minyak Kelapa Sawit Minyak kelapa sawit merupakan minyak yang terdapat pada mesocarp (daging buah) kelapa sawit. Minyak kelapa sawit, seperti umumnya minyak nabati lainnya, merupakan senyawa yang tidak larut dalam air. Komponen utama penyusunnya adalah trigliserida, dan komponen lainnya adalah nontrigliserida (mikronutrien) dalam jumlah kecil (Pasaribu, 2004). 1. Trigliserida Trigliserida merupakan ester dari gliserol dengan tiga molekul asam lemak. Bila ketiga asam lemak penyusunnya sama, maka disebut trigliserida sederhana. Namun, apabila salah satu atau lebih asam lemak penyusunnya tidak sama, maka disebut trigliserida campuran. Komposisi trigliserida dalam minyak kelapa sawit ditunjukkan pada Tabel 2 berikut ini (Akbar, 2012). 8

4 Tabel 2. Komposisi Trigliserida Dalam Minyak Kelapa Sawit (Akbar, 2012) No. Trigliserida Jumlah (%) Tripalmitin Dipalmito-Stearine Oleo-Miristopalmitin Oleo-Dipalmitin Oleo-Palmitostearine Palmito-Diolein Stearo-Diolein Linoleo-Diolein Asam lemak merupakan rantai hidrokarbon. Asam lemak yang pada rantai hidrokarbonnya terdapat ikatan rangkap disebut asam lemak tidak jenuh. Sementara apabila tidak terdapat ikatan rangkap pada rantai hidrokarbonnya disebut dengan asam lemak jenuh. Semakin jenuh molekul asam lemak dalam molekul trigliserida, maka semakin tinggi titik beku atau titik cair minyak tersebut. Sehingga pada suhu kamar biasanya berada pada fase padat. Sebaliknya, semakin tidak jenuh asam lemak dalam molekul trigliserida, maka semakin rendah titik beku atau titik cair minyak tersebut. Sehingga pada suhu kamar berada pada fase cair. Minyak kelapa sawit adalah lemak semi padat yang mempunyai komposisi yang tetap. Komposisi asam lemak dalam minyak kelapa sawit ditunjukkan pada Tabel 3 berikut ini (Pasaribu, 2004). 9

5 Tabel 3. Komposisi Asam Lemak Dalam Minyak Kelapa Sawit (Pasaribu, 2004) No. Asam Lemak Jumlah (%) Asam Kaprilat Asam Kaproat Asam Miristat Asam Palmitat Asam Stearat Asam Oleat Asam Laurat Asam Linoleat - - 1,1-2, ,6-4, Nontrigliserida (Komponen Minor Minyak Kelapa Sawit) Selain trigliserida masih terdapat senyawa nontrigliserida dalam jumlah kecil, kurang lebih 1%. Yang termasuk senyawa nontrigliserida ini antara lain glikolipid, digliserida, karbohidrat, turunan karbonidrat, protein, beberapa resin, bahan-bahan berlendir atau getah (gum), serta zat-zat berwarna yang memberikan warna, rasa, dan bau yang tidak diinginkan. Dalam proses pemurnian dengan penambahan alkali (biasanya disebut dengan proses penyabunan), beberapa senyawa nontrigliserida ini dapat dihilangkan, kecuali beberapa senyawa yang disebut dengan senyawa yang tak tersabunkan. Senyawa senyawa tak tersabunkan antara lain karoten, tokoferol, sterol, dan alkohol. Komposisi senyawa yang tak tersabunkan dalam komponen minor minyak sawit ditunjukkan pada Tabel 4 berikut ini (Akbar, 2012 ; Pasaribu, 2004). 10

6 Tabel 4. Komposisi Senyawa Yang Tak Tersabunkan Dalam Komponen Minor Minyak Sawit (Pasaribu, 2004) No. Senyawa Tak Tersabunkan (%) 1. Karoten: α - Karotenoida β - Karotenoida ɣ - Karotenoida 36,2 54,4 3,3 2. Tokoferol: α - tokoferol β - tokoferol δ - tokoferol 3. Sterol: Kolesterol Kompesterol Stigmasterol β - sitosterol 4. Alkohol: Triterpenik alkohol Alifatik alkohol D. Kelarutan Minyak Kelapa Sawit Suatu zat dapat larut dalam pelarut jika mempunyai nilai polaritas yang sama, yaitu zat polar larut dalam pelarut bersifat polar dan tidak larut dalam pelarut nonpolar. Semua jenis minyak tidak larut dalam air, kecuali minyak jarak (castor oil). Minyak hanya sedikit dapat larut dalam alkohol, tetapi akan terlarut sempurna dalam etil eter, karbon disulfida dan pelarut pelarut halogen. Ketiga jenis pelarut ini memiliki sifat nonpolar seperti minyak. Kelarutan minyak ini dipergunakan sebagai dasar untuk mengekstraksi minyak dari bahan yang diduga mengandung minyak (Ketaren, 2008). Asam asam lemak yang berantai pendek dapat larut dalam air, semakin panjang rantai asam asam lemak maka kelarutannya dalam air semakin 11

7 berkurang. Komposisi asam lemak minyak kelapa sawit didominasi oleh asam asam lemak berantai hidrokarbon yang panjang, seperti asam palmitat [CH 3 (CH 2 ) 14 CO 2 H], asam oleat [CH 3 (CH 2 ) 7 CH=CH(CH 2 ) 7 CO 2 H], asam linoleat [CH 3 (CH 2 ) 4 CH=CHCH 2 CH=CH(CH 2 ) 7 CO 2 H], dan asam stearat [CH 3 (CH 2 ) 16 CO 2 H] seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3. Oleh karena itu, minyak kelapa sawit tidak larut dalam air (polar), yang artinya minyak kelapa sawit memiliki sifat kelarutan nonpolar (Herlina dan Ginting, 2002 ; Ketaren, 2008 ; Pasaribu, 2004). E. Ekstraksi 1. Definisi Ekstraksi adalah suatu metoda operasi yang digunakan dalam proses pemisahan suatu komponen dari campurannya dengan menggunakan sejumlah massa bahan (solvent) sebagai tenaga pemisah (Maulida dan Zulkarnaen, 2010). 2. Jenis Ekstraksi a. Ekstraksi padat cair Ekstraksi padat cair atau ekstraksi dengan pelarut, terjadi dengan proses pelarutan selektif dari satu atau lebih pelarut, dari matriks padatan dengan cairan pelarut. Prinsip dasar ekstraksi adalah berdasarkan kelarutan. Untuk memisahkan zat analit yang terdapat dari matriks padatan, maka fasa padat dikontakkan dengan fasa cair. Pada kontak dua fasa tersebut, zat terlarut berdifusi dari fasa padat ke fasa cair sehingga terjadi pemisahan matriks padatan. Terdapat beberapa metode 12

8 dalam ekstraksi padat cair, seperti maserasi, soklet, tekanan tinggi, fluida super kritis, dan gelombang mikro (Akbar, 2012). b. Ekstraksi cair cair Ekstraksi ini dilakukan jika campuran yang akan dipisahkan berupa larutan homogen (cair cair). Titik didih komponen yang satu dengan komponen yang lain hampir sama atau berdekatan. Pada proses pemisahan, fase cairan II segera terbentuk setelah sejumlah massa solven ditambahkan kedalam campuran (cairan I). Sebelum campuran kedua fase dipisahkan menjadi produk ekstrak dan produk rafinat, harus dilakukan usaha untuk mempertahankan kontak antara fase cairan I dengan fase cairan II, sedemikian hingga pada suhu dan tekanan tertentu campuran kedua fase berada dalam kesetimbangan (Maulida dan Zulkarnaen, 2010). 3. Faktor Faktor Yang Mempengaruhi Laju Ekstraksi Pada Ekstraksi Padat Cair a. Preparasi padatan Struktur padatan merupakan faktor penting yang perlu dipertimbangkan. Pada banyak kasus, dijumpai bahwa zat analit yang diinginkan terletak di dalam ruang intra seluler atau bahkan struktur bagian dalam dari matriks padatan maupun sel. Salah satu kegiatan preparasi padatan yang harus dipertimbangkan adalah dengan menggiling padatan yang akan diekstraksi. Penggilingan sebelum melakukan ekstraksi padat cair akan meningkatkan luas area kontak antara pelarut dan 13

9 matriks padatan. Disamping itu, penggilingan juga akan membantu untuk menghancurkan struktur padatan (Akbar, 2012). b. Laju difusi Laju difusi menjadi salah satu faktor karena adanya kompleksitas dari struktur sel, keberadaan pori, dan perbedaan ruang ruang dalam struktur padatan. Difusivitas dari suatu material memiliki satuan difusivitas efektif. Difusivitas efektif juga tergantung dari komposisi dan posisi dari zat yang ingin diperoleh (Akbar, 2012). c. Suhu Secara normal, naiknya suhu akan membantu proses ekstraksi. Suhu yang lebih tinggi akan meningkatkan solubilitas zat yang ingin diperoleh dalam pelarut dan meningkatkan laju difusi dari solute ke dalam pelarut. Hal ini akan mempercepat laju transfer massa dalam ekstraksi. Namun kenaikan suhu juga dapat menyebabkan reaksi yang tidak diinginkan seperti terjadinya degradasi senyawa yang termolabil (Akbar, 2012). d. Pemilihan pelarut Pemilihan pelarut didasarkan pada sifat fisiokimia dan toksisitasnya. Sifat fisiokimia antara lain selektivitas (kemampuannya) untuk melarutkan zat yang diinginkan, viskositas, stabilitas, serta reaktivitasnya. Sementara toksisitas berkaitan dengan toleransi keberadaannya dalam zat analit yang akan dikonsumsi manusia (Akbar, 2012). 14

10 e. Kelembaban padatan Keberadaan air dalam matriks padatan dapat menyangingi keberadaan pelarut dalam melarutkan zat yang diinginkan, yang akan berefek pada perpindahan massa. Akan tetapi, kelembaban juga merupakan hal penting untuk memperbolehkan perpindahan dari zat yang diinginkan, seperti pada proses ekstraksi kopi. Meskipun demikian, dalam kebanyakan kasus, material padatan yang dikeringkan pada kondisi tertentu tidak akan menyebabkan degradasi pada senyawa yang diinginkan (Akbar, 2012). F. Maserasi Maserasi berasal dari bahasa latin macerare, yang berarti mengairi, merendam, atau melunakkan. Maserasi merupakan salah satu cara (teknik atau metode) ekstraksi yang paling sederhana. Proses pengerjaannya dilakukan dengan cara merendam sampel yang akan diekstrak dalam pelarut selama beberapa hari pada temperatur kamar dan terlindung dari cahaya. Waktu maserasi pada umumnya 5 hari, setelah waktu tersebut keseimbangan antara bahan yang diekstraksi pada bagian dalam sel dengan luar sel telah tercapai. Dengan dilakukannya pengadukan, keseimbangan konsentrasi antara bahan yang diekstraksi pada bagian dalam sel dengan yang berada luar sel akan terjadi lebih cepat (Akbar, 2012 ; Istiqomah, 2013). Secara teoritis, ketika maserasi dilakukan, cairan pelarut akan menembus dinding sel sampel (simplisia) dan masuk ke dalam sel tersebut yang penuh dengan zat aktif. Pertemuan (kontak) antara zat aktif dan pelarut menyebabkan 15

11 terjadinya proses pelarutan zat aktif oleh pelarut, sehingga pelarut tersebut akan mengandung zat aktif. Katakan kandungan zat aktif di dalam sel simplisia awalnya adalah 100%, sebelum maserasi dimulai. Dan pelarut yang akan digunakan masih belum terisi zat aktif, katakan 0 %. Ketika maserasi dimulai, akan muncul gaya difusi yang diakibatkan adanya perbedaan konsentrasi zat aktif antara yang ada di dalam dan di luar sel simplisia. Larutan terpekat akan didesak oleh larutan tak pekat yang berusaha mencapai keseimbangan konsentrasi dengan larutan terpekat tersebut. Proses ini akan terus terjadi selama maserasi berlangsung, dan akan berhenti setelah terjadi keseimbangan konsentrasi yang dikenal dengan istilah jenuh (Istiqomah, 2013). Dalam keadaan jenuh, zat aktif di dalam dan di luar sel simplisia akan memiliki konsentrasi yang sama, yaitu masing masing 50%. Oleh sebab itu, kerugian utama melakukan ekstraksi dengan teknik maserasi adalah tidak memungkinkannya terjadi ekstraksi absolut (100% zat aktif berhasil diekstrak). Hal inilah yang memicu munculnya anggapan bahwa semakin besar perbandingan jumlah pelarut terhadap simplisia, akan semakin banyak hasil ekstraksi yang diperoleh dengan teknik maserasi. Kerugian lainnya adalah waktu pengerjaannya yang lama. Sementara keuntungannya adalah peralatan yang dipakai sederhana, biaya operasionalnya relatif rendah, dan prosesnya relatif hemat pelarut (Istiqomah, 2013). 16

12 G. Pelarut Pelarut (solven) yang digunakan pada penelitian ini adalah heksan dan etanol. Definisi serta karakteristik dari masing masing pelarut antara lain sebagai berikut: 1. Heksan Heksan (heksana) adalah sebuah senyawa hidrokarbon alkana dengan rumus kimia C 6 H 14 (isomer utama n-heksana memiliki rumus CH 3 (CH 2 ) 4 CH 3. Awalan heks- merujuk pada enam karbon atom yang terdapat pada heksana dan akhiran - ana berasal dari alkana, yang merujuk pada ikatan tunggal yang menghubungkan atom-atom karbon tersebut. Heksan merupakan pelarut bersifat kelarutan nonpolar (Maulida dan Zulkarnaen, 2010). Karakteristik heksan (n heksana): a. Nama lain : caproyl hydride, hexyl hydride b. Rumus molekul : CH 3 (CH 2 ) 4 CH 3 c. Berat molekul : 86,17 kg/mol d. Warna : tidak berwarna (bening) e. Melting point : - 94 C f. Boiling point : 69 C ( P = 1 atm) g. Spesific gravity : 0,659 h. Kelarutan dalam 100 bagian air : 0,014 (15 C) 17

13 Heksana dapat digunakan untuk mengekstraksi minyak nilam yang dapat digunakan sebagai minyak atsiri. Selain itu, heksana dapat digunakan sebagai solven untuk mengekstraksi karotenoid dari CPO. Solven campuran antara heksana dan benzena dapat digunakan untuk mengekstraksi minyak dari kopra. Sedangkan solven campuran antara heksana dan isopropanol dapat digunakan dalam penurunan kadar limbah sintetis asam phosphat dengan ekstraksi cair cair (Maulida dan Zulkarnaen, 2010). 2. Etanol Etanol (disebut juga etil-alkohol atau alkohol saja), adalah alkohol yang paling sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Karena sifatnya yang tidak beracun bahan ini banyak dipakai sebagai pelarut dalam dunia farmasi dan industri makanan dan minuman. Etanol merupakan pelarut bersifat kelarutan polar (Maulida dan Zulkarnaen, 2010). Karakteristik etanol : a. Rumus molekul : C 2 H 5 OH b. Berat molekul : 46,07 kg/mol c. Spesifik gravity : 0,789 d. Melting point : C e. Boiling point : 78,4 C f. Soluble in water : insoluble 18

14 g. Density : 0,7991 gr/cc h. Temperatur kritis : 243,1 C i. Tekanan kritis : 63,1 atm Etanol dapat digunakan untuk mengekstraksi minyak laka (CSNL) dari kulit biji jambu mete. Selain itu etanol juga dapat digunakan dalam alkoholisis minyak dari biji kapuk (Maulida dan Zulkarnaen, 2010). 19