Laboratoium Teknik Reaksi Kimia Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember STUDI KINETIKA PEMBENTUKAN KARAGINAN DARI RUMPUT LAUT Dini Fathmawati 2311105001 M. Renardo Prathama A 2311105013
1.1 Latar Belakang Masalah RUMPUT LAUT 1.110.900 ha (60%) $ SUMBER DEVISA NEGARA & PENDAPATAN MASYARAKAT PESISIR KURANGNYA BUDIDAYA 222.180 ha (20%) TAHUN TOTAL PRODUKSI (TON) Nilai Ekspor dan Laju Pertumbuhan Ekspor Tahun Rumput Laut Tahun Nilai Ekspor (USD) Pertumbuhan Ekspor (%) 2007 460,426,216-2008 522,519,341 4.7 2009 642,919,616 7.9 2010 723,021,890 4.9 2011 966,300,863 14.1 (UNCOMTRADE, 2012) Budidaya RL kering mencapai 2jt ha, apabila dimanfaatkan seluruh lahan akan diperoleh 32jt ton/th, apabila harga RL Rp 4,5jt/ton maka diperoleh sekisar Rp 144 Trilliun/th. 2010 910.636 2011 1.079.850 2013 > 1.500.000 (antara.com/januari 2013)
RUMPUT LAUT (35% KADAR AIR) (solopos.com) PRODUK RUMPUT LAUT INDONESIA ATC (Alkali Treated Cottonii) (algaemas.com) HARGA PASAR DUNIA /(kg) R.L. (35%) ($) 0.5 sampai 0.8 ATC ($) 3 sampai 5 TEPUNG ($) 13 (Liputan6.com, Januari 2013) TEPUNG KARAGINAN (alexselly.blog.com)
1.2 Rumusan Permasalahan Ekstraksi karaginan akan dilakukan dengan reagen NaOH dan bahan baku adalah rumput laut jenis Eucheuma Cottonii dan Eucheuma Spinosum Batasan kondisi operasi ekstraksi rumput laut dilaksanakan sekitar atau pada range suhu 80 o C hingga 90 o C dan waktu rentang antara 0 hingga 2 jam.
1.3 Batasan Masalah: Bahan baku rumput laut diperoleh dari pesisir Jawa/Madura. Reaktor yang digunakan adalah reaktor sistem batch menggunakan reffluks. Analisa akan dilakukan dengan alat spektrofotometer FTIR.
1.4 Tujuan Penelitian: Mempelajari pengaruh variabel konsentrasi NaOH dan konsentrasi rumput laut terhadap rendemen karaginan pada ekstraksi basa rumput laut. Mempelajari pengaruh variabel suhu dan waktu terhadap rendemen karaginan pada ekstraksi basa rumput laut. Mempelajari kinetika reaksi pembentukan karaginan dari rumput laut.
1.5 Manfaat Penelitian Mengetahui kondisi operasi terbaik untuk mengoptimalkan produksi karaginan yang berkualitas dan bernilai ekspor tinggi dari proses ekstraksi rumput laut menggunakan reagen NaOH.
URAIAN PUSTAKA RUMPUT LAUT Salah satu makhluk hidup yang tumbuh dan berkembang di laut adalah alga atau rumput laut (seaweed). Kandungan rumput laut umumnya adalah mineral esensial (besi, iodin, aluminium, kalsium, fosfor), protein, tepung, gula, dan vitamin A, B, C, D.
Rumput laut dibagi menjadi empat kelas, yaitu : Chlorophyceae (Ganggang Hijau) Rhodophyceae (Ganggang Merah) Cyaophyceae (Ganggang Biru) Phaeophyceae (Ganggang Coklat)
Komposisi Kimia Rumput Laut Komponen Penyusun Komposisi (%) Air 27,8 Protein 5,4 Karbohidrat 33,3 Lemak 8,6 Serat kasar 3 Abu 22,25 (Kompas, 28 Mei 2003)
Eucheuma Cottonii atau Kappaphycus Alvarezii (21food.com) Mempunyai ciri-ciri fisik sebagai berikut : Mempunyai thallus silindris Permukaan licin Cartilogeneus Keadaan warna tidak selalu tetap, kadang-kadang berwarna hijau, hijau kuning, abu-abu atau merah.
Eucheuma Spinosum (mcpicarrageenan.com) Adapun ciri-ciri fisik Eucheuma Spinosum, yaitu: Thalli (kerangka tubuh tanaman) bulat silindrsis dan gepeng. Berwarna merah, merah-coklat, hijau-kuning, dan sebagainya. Bercabang berselang tidak teratur, di atau trikhotomus. Memiliki benjolan-benjolan (blunt nodule) dan duri-duri atau spines yang melingkar disetiap sisinya. Substansi thalli gelatinus dan kartilagenus (lunak seperti tulang rawan)
Karaginan salah satu hasil olahan rumput laut kering. Karaginan merupakan senyawa komplek polisakarida yang tersusun dari unit D-galaktosa 3,6 anhidrogalaktosa yang dihubungkan oleh ikatan 1-4 glikosilik. karaginan dibedakan menjadi tiga macam, yaitu iota- karaginan, kappakaraginan, dan lambda-karaginan. Manfaat : dapat digunakan dalam berbagai bidang industri seperti dalam industri makanan (es krim, flavor, meat product, pasta ikan, produk saus), industri pengolahan limbah, kosmetik, tekstil, industri sutera dan lain-lain.
Karaginan terbagi menjadi 3 fraksi berdasarkan unit penyusunnya yaitu: Gambar Struktur dasar kappa, iota, dan lambda karaginan. (pharmainfo.net)
Sifat Dasar Karaginan: KELARUTAN VISKOSITAS PEMBENTUKAN GEL STABILITAS ph
1. Kelarutan Dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya tipe karaginan, temperature, ph, kehadiran jenis ion tandingan dan zat-zat terlarut lainnya. Karaginan dapat membentuk gel secara reversible. 2. Stabilitas ph memiliki stabilitas maksimum pada ph 9 dan akan terhidrolisis pada ph dibawah 3,5. Pada ph 6 atau lebih umumnya larutan karaginan dapat mempertahankan kondisi proses produksi karaginan. Larutan karaginan akan menurun viskositasnya jika phnya diturunkan dibawah 4,3.
3. Viskositas Jika konsentrasi karaginan meningkat maka viskositasnya akan meningkat secara eksponensial. Untuk tipe karaginan yang mudah membentuk gel biasanya pengukuran viskositas dilakukan pada suhu cukup tinggi (sekitar 75 o C) untuk menghindari terbentuknya gel, pada konsentrasi 1,5% dan suhu 75 o C nilai viskositas karaginan berkisar antara 5-800 cp. 4. Pembentukan Gel Pembentukan gel adalah suatu fenomena penggabungan atau pengikatan silang rantai-rantai polimer sehingga terbentuk suatu jala tiga dimensi bersambungan. Konsistensi gel dipengaruhi beberapa faktor antara lain : jenis dan tiper karaginan, konsistensi adanya ion-ion serta pelarut yang menghambat pembentukan hidrokoloid.
PERMODELAN KINETIKA Gambar 2.5 Pembentukan Kappa karaginan dan Iota karaginan (pharmainfo.net) FUNGSI PENAMBAHAN ALKALI : untuk menghilangkan gugus 6- sulfat di unit 3,6-anhidrogalaktosa
PERSAMAAN KINETIKA REAKSI Persamaan kinetika reaksi karaginan berlangsung sesuai persamaan berikut, dengan asumsi: C A = Konsentrasi Mu karaginan C B = C B0 = Konsentrasi NaOH = konstan Persamaan rate kinetika reaksi : dc dt A = r = k'[ ] A C A n dimana : k = kc B (Levenspiel, hal 123)
Menentukan orde reaksi ke-n: dc r ] A = A = k[ C A dt n Lalu diubah ke dalam bentuk algoritma : CA log10 = log10 k + n log t 10 [ ] C Arata rata Intercept slope Dimana, k dan n adalah konstanta yang dapat dievaluasi dari data penelitian
Alat yang digunakan Beaker glass Thermometer 100 o C Erlenmeyer Neraca analitik Pemanas elektrik Bahan yang digunakan Rumput laut Eucheuma Cottonii kering (Madura) Rumput laut Eucheuma Spinosum kering (Madura) NaOH, HCl Aquades Labu leher tiga, 1ltr Cawan porselen Kondensor reflux Motor pengaduk Blender
VARIABEL PENELITIAN: Variabel Tetap: Tekanan 1 atm Volume larutan 350ml Perbandingan rumput laut terhadap aquadest 10gr/350ml aquadest Variabel Tidak Tetap: Konsentrasi NaOH 2%, 4%, dan 6% Suhu Ekstraksi 80 o C, 85 o C, dan 90 o C Waktu ekstraksi 40, 80, dan 120 menit
PROSEDUR PERCOBAAN ANALISA SAMPLE PERMODELAN KINETIKA
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Analisa Jenis Karaginan EUCHEUMA SPINOSUM; NaOH 6%, T=90 o C PANJANG GELOMBANG TERCATAT PADA : 804,72 930,47 932,12 1629,88 2352,98 3470,52
EUCHEUMA COTTONII; NaOH 6%, T= 90 o C PANJANG GELOMBANG TERCATAT PADA : 842,32 851,42 928,51 1222,43 1247,57 1631,04
Tabel Standar Identifikasi Kappa Karaginan dengan spektrofotometri FTIR Wave number (cm -1 ) Moleculer Assigment Absorbance relative to 1050 cm -1 Kappa Iota Lambda 1220-1260 Ester sulfat 0,2-1,2 1,3-1,6 1,4-2,0 928-933 3,6-anhidrogalactose 0,2-0,6 0,2-0,4 0-0,2 840-850 Galactose-4-sulfat 0,1-0,5 0,2-0,4-825-830 Galactose-2-sulfat - - 0,2-0,4 810-820 Galactose-6-sulfat - - 0,1-0,3 800-805 3,6-anhidrogalactose-2- sulfat 0-0,2 0,2-0,4 -
Pengaruh Konsentrasi NaOH dan Suhu Ekstraksi terhadap Rate Pembentukan Karaginan EUCHEUMA SPINOSUM dengan T = 90 o C pada variabel konsentrasi NaOH 2%, 4%, dan 6%
EUCHEUMA COTTONII dengan T = 90 o C pada variabel konsentrasi NaOH 2%, 4%, dan 6%
Berdasarkan laju rate dan grafik diatas dapat diketahui bahwa semakin besar konsentrasi NaOH yang ditambahkan yaitu dari konsentrasi 2% - 4%, rate terbentuknya karaginan juga semakin meningkat Ini disebabkan dari sifat larutan NaOH yang mempermudah proses ekstraksi polisakarida akan menjadi lebih sempurna dan mempercepat proses pengurangan 6-sulfat dari unit monomer menjadi 3,6-anhidro-D-galaktosa. Hal ini juga dapat menyebabkan meningkatkan harga k bila konsentrasi NaOH bertambah.
PERHITUNGAN ENERGI AKTIVASI Tabel IV.8 Konsentrasi reaksi NaOH 6%, T = 80-90 0 C ( E. Spinosum) T (K) 1/T k' k ln k 353 0,002833 0,30338912 5,056485307 1,620672 358 0,002793 0,31695675 5,282612438 1,664421 363 0,002755 0,45919801 7,653300214 2,035137 Tabel IV.7 Konstanta reaksi pada variabel T = 90 0 C ( E. Cottoni) T (K) 1/T k' k ln k 353 0,002833 0,45185594 0,075309324-2,58615 358 0,002793 0,50003453 0,083339089-2,48484 363 0,002755 0,67764151 0,112940251-2,1809
Berdasarkan Arrhenius Law: k = k 0 e^-(ea/rt) Diubah ke logaritma : ln k = ln k 0 (Ea/RT) x (1/T) intercept slope
Grafik Hubungan ln k vs 1/T (E. Spinosum) 2,5 2 ln k 1,5 1 y = -5291,1x + 16,555 R 2 = 0,8221 0,5 0 0,00274 0,00276 0,00278 0,0028 0,00282 0,00284 1/T Didapatkan harga slope = -5291 -Ea/R = -5291 ; R = 8,314 J / mol K Ea = 43989,37 J / mol
Grafik Hubungan ln k vs 1/T (E. Cottonii) Didapatkan harga slope = -5180 -Ea/R = -5180 ; R = 8,314 J / mol K Ea = 43066,52 J / mol
KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisa penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan sebagai berikut: Analisa identifikasi karaginan dengan menggunakan spektrofotometri FTIR menunjukkan bahwa jenisnya adalah kappa karaginan Semakin besar konsentrasi NaOH, rate pembentukan karaginan semakin meningkat Semakin besar suhu ekstraksi, rate pembentukan karaginan semakin meningkat. Dengan persamaan reaksi rate adalah r p = k C An, untuk harga k masing-masing pada saat NaOH 6%, yaitu: E. Spinosum : k 80 o C = 3,2949072; k 85 o C = 3,7439337; c. k 90 o C = 5,5655806. E. Cottoni : k 80 o C = 0,04925; k 85 o C = 0,0577; dan k 90 o C = 0,08249. Energi aktivasi pada E. Cottonii lebih rendah yaitu 43066,52 J/mol dibandingkan dengan E. Spinosum yaitu 43989,37 J/mol Dari hasil penelitian yang di dapat, kecepatan reaksi pada E. Spinosum dan E. Cottoni di dapat orde reaksi sekitar 1,5.
SARAN Adapun saran yang dapat disampaikan sebagai berikut: dibutuhkan metode untuk menganalisa karaginan dan sampel standart karaginan murni yang lebih akurat dibutuhkan range data standart konsentrasi NaOH untuk direaksikan dengan Mu-karaginan dalam proses ekstraksi sehingga diperoleh produk karaginan yang diinginkan memberikan perlakuan yang sama terhadap bahan baku, meminimalkan penyimpangan hasil mengambil sampel sebanyak 5 kali sehingga mendapatkan hasil yang lebih akurat