IDROGENASI IDROGENASI Adalah proses pengolahan minyak/lemak dengan menambahkan hidrogen pada ikatan rangkap dari asam lemak mengurangi ketidak jenuhan minyak/lemak. Bertujuan untuk : - membuat minyak/lemak bersifat lebih plastis - meningkatkan titik cair - minyak tahan terhadap oksidasi Syarat untuk proses hidrogenasi : harus ada 3 reaktan : minyak tidak jenuh, katalis dan gas hidrogen 2 R-C=C-C 2 -COO R-C 2 -C 2 -COO Pt/Ni Pemanasan hingga suhu 250 o C akan mempercepat proses hidrogenasi Asam linolenat linoleat Asam linoleat asam oleat Asam oleat Asam stearat Katalisator pada proses hidrogenasi : Pd, Pd, Ni (yang umum Ni). asil reaksi hidrogenasi Penjenuhan ikatan rangkap Migrasi ikatan rangkap Pembentukan asam lemak Trans Keuntungan hidrogenasi Cocok untuk lemak yang akan diolah menjadi margarin, shortening, coating fats, minyak goreng dan dressing oil. 1
Tabel 2. Struktur Asam Lemak Gambar 6. Proses hidrogenasi Parameter untuk keberhasilan proses hidrogenasi : Solid Fat Index (SFI) yaitu jumlah padatan yang terdapat pada lemak pada kisaran suhu berbeda (di bawah suhu ruang hingga diatas suhu tubuh). ydrogenasi idrogenasi Parsial idrogenasi Sempurna? 2
Tahapan dalam idrogenasi Transfer dan/atau Difusi Adsorpsi ydrogenasi/isomerasi Desorpsi Transfer Transfer dan Difusi Tahap kritis dalam mengontrol derajat isomerasi dan selektivitas reaksi. Transfer: Transfer dari reaktan dan produk ke dan dari minyak dalam fase cair dan permukaan luar dari katalis Difusi : Difusi dari reaktan ke pori-pori katalis. Difusi dari produk keluar dari katalis. Skema Proses idrogenasi Skema Proses idrogenasi 2 + C 1 C3 C2 Permukaan Katalis C1 C2 C3 C 1 C 2 C 3 C 1 C2 C3 C1 C2 C 3 + C1 C2 C3 3
R R 1 14/01/2014 Skema Proses idrogenasi Pembentukan, Ikatan rangkap, Migrasi dan Transisomerasi selama Proses idrogenasi Katalis Minyak + Katalis Kompleks Minyak-Katalis Kompleks Minyak-Katalis + 2 Minyak terhodrogenasi+ Katalis 8 9 10 11 R1 C C C C R2 (A) +. +. 8 9 10 11 8 9 10 11 Ḥ R C C C C R2 R1 C C C C. R2 (B) (C) Pembentukan, Ikatan rangkap, Migrasi dan Transisomerasi selama Proses idrogenasi Pembentukan Asam Lemak Terkonjugasi 8 9 10 11 8 9 10 11 R 1 C C. C C R2 R1 C C C. C R2 (B) (C). - -. -. 8 9 10 11 8 9 10 11 R 1 C C C C R 2 8 9 10 11 R 1 C C C C R 2 (D) R 1 C C C C R 2 (E) (F) -. 9 10 11 12 13 14 15 16 9 11 15 10 12 15 9 12 14 9 13 15 4
Adsorpsi Komposisi Asam Lemak pada idrogenasi Parsial Asam Oleat Adsorpsi reaktan pada permukaan katalis penting untuk mengontrol selektivitas dan isomerasi selama hidrogenasi. Ikatan Rangkap Total Asam Asam Lema Tidak % Isomer Lemak Tidak Jenuh Trans (%)* Posisi bentuk (Posisi) Jenuh (%) Trans 11....... 7.0 4.7 67.2 10....... 15.7 9.8 62.5 9....... 54.5 13.4 24.6 8....... 15.8 9.8 62.0 7....... 7.0 4.7 67.2 * Asam Lemak Tidak Jenuh Trans 42% of total asam lemak tidak jenuh Skema idrogenasi Linoleic acid Oleic acid Linolenic acid Stearic acid Selektivitas idrogenasi selektif : hidrogenasi sebagian dengan cara mengontrol proses saturasi dilakukan pada ikan rangkap pada asam lemak yang paling tidak jenuh terlebih dahulu baru saturasi pada asam lemak yang sedikit tidak jenuh. Secara teoritis : yang dijenuhkan terlebih dahulu adalah asam linolenat (C18:3) linoleat (C18:2), diikuti dengan linoleat oleat (C18:1), dan akhirnya oleat stearat (C:18:0) secara praktek sulit Isolinoleic acid Isooleic acid 5
Selektivitas Asam Linoleat : Asam Oleat idrogenasi sangat selektif 50 : 1 idrogenasi Non Selektif 4 : 1 Selektivitas dinyatakan dengan rasio K LO /K O ; laju relatif hidrogenasi linoleat menjadi oleat. Selektivitas idrogenasi Asam Oleat Asam Linoleat? Permukaan katalis Polar atau nonpolar Afinitas ALTJ terhadap katalis melalui ikatan hidrogen. Configurasi geometris serta karaketirstik kimia dan fisika katalis menentukan selektivitas katalis dan selanjutnya akan menentukan rasio selektivitas dari asam lemak yang berbeda. Selektivitas Mengapa selektivitas penting pada proses hidrogenasi??? Bagaimana cara meningkatkan rasio selektivitas asam lemak linoleat? Jika afinitas asam oleat dan linoleat terhadap katalis sama, berapa rasio selektivitas untuk kedua asam lemak ini? 6
idrogenasi Minyak Kedelai Katalis Nikel (Ni) Copper (Cu) Copper-Chromium (CuO 50% + Cr 2 O 3 40% + BaO 10%) Selektivitas terhadap asam linolenat tinggi (K Ln / KLO = 10) Selektivitas terhadap linoleat hampir tidak terbatas Migrasi Ikatan Rangkap membentuk asam lemak trans terkonjugasi Stereospesifitas Trigliserida (A) (B) 9 10 11 12 13 14 15 16 9 11 15 10 12 15 idrogenasi A : 9, 15 dan 11, 15 idrogenasi B; 10,15 dan 12, 15 idrogenasi asam lemak dari TG bukan merupakan fungsi dari lokasinya pada TG (C) (D) 9 12 14 9 13 15 idrogenasi C; 9, 12 dan 9, 14 idrogenasi D; 9, 13 dan 9, 15 7
Aktivitas Katalis Produksi Olive Oil Simulasi dari Soybean Oil menggunakan Chromium Carbonyl Adalah penurunan bilangan iodin per unit waktu selama proses hidrogenasi pada kondisi tertentu. ydrogenated Soybean Oil Olive Oil American Oil Chemists Society method Perbandingan waktu untuk menghidrogenasi minyak kedelai untuk menurunkan bilangan iodin dari 120 ke 80 pada suhu 350 o F, 20 psig, dengan konsentrasi katalis 0.05 % terhadap waktu yang dibutuhkan jika menggunakan katalis standard AOCS. Umur katalis : berapa lama katalis tetap aktif dan berfungsi. Iodine Value 95 77-94 Palmitate (%) 10.3 7-16 Stearate (%) 4.3 1-3 Other Saturates (%) 0.0 0.1-2 Monoene (%) 60.7 65-85 Diene (%) 23.9 4-15 Triene (%) 0.8 Trans-Acids (%) 6.8 Produksi Cocoa Butter Simulasi dari ydrogenated Cottonseed Oil menggunakan Chromium Carbonyl FAKT-FAKT YANG MEMPENGARUI IDROGENASI ydrogenated CSO Cocoa Butter Palmitate (%) 58.0 24.4 Stearate (%) 1.0 35.4 Monoene (%) 37.6 38.1 Diene (%) 3.4 2.1 Trans-Acids (%) 7.2 - Iodine Value 38.0 36.7 Melting Range ( C) 30-40 24-35 Variabel Independen Tekanan Suhu Agitasi Konsentrasi Katalis Variabel Dependen Asam Lemak Trans Rasio Selektivitas Laju idrogenasi 8
Pengaruh Tekanan dan Suhu terhadap Unsaturasi Trans pada 80 I.V. Soybean Oil Pengaruh Tekanan dan Suhu terhadap Trans- Unsaturation pada 80 I.V. Soybean Oil Peningkatan tekanan 3 Psi 35 Psi pada 180C, Terjadi penurunan asam lemak trans dari 40 menjadi 35% As temperature 210 235C at 30 Psi, trans fatty acids increase from 40 to 45 % Pengaruh Tekanan, Suhu dan Katalis terhadap Rasio Selektivitas Pengaruh Tekanan, Suhu dan Katalis terhadap rasio Selektivitas What does selectivity 40 mean? As pressure 14 34 Psi at 180C, 0.02% catalyst, selectivity rate decrease from 40 to 20 As temperature 130 o C 160 o C pada konsentrasi katalis 0.08 % dan tekanan 25 Psi, Laju selektivitas meningkat dari 20 menjadi 40 9
Pengaruh Tekanan, Suhu dan Katalis terhadap rasio Selektivitas Pengaruh Agitasi dan Katalis Terhadap Rasio Selektivitas Peningkatan konsentrasi katalis dari 0.02 0.08 % pada 25 Psi dan 165 o C, Laju selektivitas meningkat dari 20 menjadi 40 Peningkatan konsentrasi katalis dari 0.03 0.07% pada 1330 RPM, Laju selektivitas meningkat dari 28 menjadi 36. Pengaruh Agitasi dan Konsentrasi Katalis terhadap Rasio Selektivitas Pengaruh Tekanan dan Suhu terhadap Laju Selektivitas Peningkatan agitasi dari 1300 1700 RPM pada konsentrasi katalis 0.06 %, Laju selektivitas meningkat dari 36-28. Peningkatan tekanan dari 20 35 Psi pada170c, Laju selektivitas,meningkat dari 20 menjadi 28 10
Pengaruh Tekanan dan Suhu terhadap SR Pengaruh Agitasi dan Konsentrasi Katalis Terhadap Laju idrogenasi Peningkatan suhu dari 140 190 pada 20 Psi, Laju selektivitas meningkat dari 20 menjadi 36 Peningkatan agitasi dari 800 1000ppm pada konsentrasi Ni 0.06 %, Laju hidrogenasi meningkat dari 2.5 menjadi3.2 IV/menit. Pengaruh Agitasi dan Konsentrasi Katalis Terhadap Laju idrogenasi Faktor-Faktor yang Mempengaruhi idrogenasi ubungan antara kondisi proses dan pengaruhnya terhadap rasio selektivitas, kandungan Asam Lemak Tras dan Laju Reaksi Rasio Selektiviatas Kandungan Trans Laju Reaksi Suhu Tekanan Agitasi Peningkatan konsentrasi katalis dari 0.06 0.10% pada 1000rpm Laju hidrogenasi meningkat dari 3.3 menjadi 3.8 IV/menit. Katalis 11