PENGARUH PERBANDINGAN PELARUT DAN BAHAN BAKU TERHADAP PENINGKATAN RENDEMEN MINYAK NILAM (POGOSTEMON CABLIN BENTH) DENGAN DESTILASI AIR MENGGUNAKAN GELOMBANG MIKRO Kusyanto 1), Ibnu Eka Rahayu 2 1),2) Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Samarinda Kampus Gn. Lipan, Jl. Cipromangunkusumo, Samarinda 75131 Email : yanto_koes@yahoo.com Abstrak. Minyak nilam mengandung Patchouli Alcohol yang banyak digunakan pada industri parfum dan kosmetik. Indonesia merupakan produsen minyak nilam terbesar di dunia, namun pada kenyataanya rendemen dan kualitas minyak nilam di indonesia saat ini masih perlu terus ditingkatkan agar sesuai SNI Minyak nilam 06-2385-2006. Kurang optimalnya pencapaian kuantitas dan kualitas minyak nilam sesuai permintaan pasar minyak nilam dunia, menyebabkan pasar minyak nilam Indonesia semakin menurun. Metode penyulingan minyak nilam dengan menggunakan pemanas gelombang mikro merupakan salah satu upaya untuk meningkatkan kuantitas dan kualitas minyak nilam di Indonesia. Pada penelitian ini, variabel penelitian yang digunakan meliputi perbandingan antara bahan baku dan pelarut yaitu 1:1, 1:2, 1:3, 1:4 dan 1:5 pada daya mikrowave 600 watt dan membandingkan % Rendemen minyak nilam yang diperoleh dengan metode destilasi air dengan menggunakan mikrowave pada waktu destilasi 180 menit dan metode destilasi air dengan pemanas thermal pada waktu destilasi 420 menit. Pada penelitian ini diperoleh perbandingan antara bahan baku dan pelarut yang optimal pada rasio 1:3 dengan % Rendemen yang diperoleh 1,92% serta %Patcouli alcohol sebesar 41,95%. Pada perbandingan antara 2 metode destilasi yang digunakan, diperoleh %rendemen yang diperoleh dengan mengunakan metode destilasi air menggunakan mikrowave lebih tinggi sebesar 48,15% dari metode destilasi air dengan pemanasan thermal. Kata kunci: Destilasi, Mikrowave, Minyak Nilam, Rasio Bahan Baku, Rendemen 1 Pendahuluan Penyulingan adalah pemisahan komponen suatu campuran dari dua jenis zat atau lebih yang didasarkan atas perbedaan titik didih dari masing-masing zat tersebut (Guenter, 1952). Teknik penyulingan atau destilasi (distillation) yang sudah banyak digunakan adalah metode destilasi air (hydro distillation), destilasi uap (steam distillation) dan destilasi uap-air (steam-hydro distillation), yang kesemuanya menggunakan system pemanasan thermal. Perkembangan metode pengambilan minyak nilam dari bahan baku saat ini mengacu pada upaya untuk meningkatkan jumlah rendemen dan kandungan patchouli alcohol yang terdapat dalam bahan baku tanaman nilam. Metode yang diharapkan dapat memenuhi harapan peningkatan tersebut masih terus di kaji. Salah satu metode yang hingga saat ini terus dikembangkan adalah pada proses destilasi dengan memanfaatkan gelombang mikro sebagai pemanas. Gelombang mikro (mikrowave) adalah gelombang elektromagnetik dengan frekuensi super tinggi (Super High Frequency, SHF), yaitu antara 300 MHz - 300 GHz (3x109 Hz). (Basak dkk, 2007). Pemanasan pada mikrowave dikenal dengan pemanasan dielektrik mikrowave. Sistem pemanasan gelombang mikro terjadi pada saat bahan berada dalam medan listrik, muatan listrik yang terkandung di dalamnya tidak akan mengalir, sehingga tidak timbul arus seperti bahan konduktor, tapi hanya sedikit bergeser dari posisi setimbangnya mengakibatkan terciptanya pengutuban dielektrik. Oleh karena pengutuban dielektrik, muatan positif bergerak menuju kutub negatif medan listrik, sedang muatan negatif bergerak pada arah berlawanan (yaitu menuju kutub positif medan listrik). Hal ini menimbulkan medan listrik internal (di dalam bahan dielektrik) yang menyebabkan jumlah keseluruhan medan listrik yang melingkupi bahan dielektrik menurun. Mekanisme dasar pemanasan D9. 1
mikrowave melibatkan pengadukan molekul polar atau ion yang berosilasi karena pengaruh medan listrik dan magnet yang disebut dengan polarisasi dipolar. Dengan adanya medan yang berosilasi partikel mencoba untuk beradaptasi dimana gerakan partikel dibatasi oleh gaya yang ada (interaksi antar partikel dan tahanan listrik) yang membatasi gerakan partikel dan menghasilkan gerakan random yang menghasilkan panas. Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisis pengaruh perbandingan penggunaan bahan baku terhadap pelarut yang digunakan selama proses destilasi berlangsung. Dengan pemanasan menggunakan gelombang mikro, diharapkan dapat memperbaiki proses pengambilan minyak dari bahan baku tanaman nilam. 1.1 Metode Penelitian. Bahan baku yang digunakan adalah daun nilam dan batang nilam dengan perbandingan 1 : 1 yang diperoleh dari daerah dampit, kabupaten malang. Metode yang digunakan adalah destilasi air dan destilasi-air dengan menggunakan mikrowave. Bahan baku sebelumnya dicacah dengan ukuran antara 1 s.d 2 cm. Kondisi operasi untuk kedua metode destilasi -air adalah pada temperatur dan tekanan atmosferik serta berat daun nilam kering dan batang 100 gram. Adapun perbandingan bahan baku dan pelarut (air) 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, dan 1:5 dengan menggunakan variabel daya mikrowave 600 watt. Peralatan yang digunakan selama proses destilasi menggunakan labu leher bundar 1000 ml, adaptor dan kondensor serta corong pisah yang terbuat dari kaca. Sebelum proses destilasi-air berjalan, terlebih dahulu dilakukan maserasi (perendaman) terhadap bahan baku dan pelarut di dalam mikrowave dengan temperatur 70 C selama 60 menit. Untuk metode destilasi - air dengan pemanasan thermal dilakukan proses destilasi selama 7 jam (pengambilan destilat tiap 20 menit) sedangkan untuk metode destilasi - air dengan menggunakan mikrowave selama 180 menit (pengambilan destilat dilakukan saat jumlah destilat yang ditampung dalam corong pisah mencapai 40% dari total volume pelarut yang digunakan). Kedua Metode destilasi ini dalam istilah teknik kimia disebut juga proses leaching karena dalam metode ini terjadi proses pengambilan solute dalam padatan dengan bantuan pelarut, sehingga minyak yang terlarut dapat teruapkan bersama pelarut. Metode destilasi air menggunakan mikrowave merupakan kombinasi antara pemanfaatan radiasi gelombang mikro dengan sistem destilasi - air. Hasil kondensasi uap yang diperoleh berupa campuran minyak nilam dan air yang dipisahkan dengan menggunakan corong pemisah dan pendinginan. Gambar rangkaian peralatan pada penelitian ini sebagaimana berikut: Gambar 1. Peralatan Destilasi Air dengan Pemanasan Thermal Gambar 2. Peralatan Destilasi Air dengan Pemanasan Mikrowave 2 Pembahasan 2.1 Pengaruh Rasio Bahan Baku dan Pelarut terhadap Volume Destilat dan % Rendemen Minyak Nilam Bahan baku tanaman nilam yang digunakan dalam penelitian ini adalah daun nilam dan batang tanaman nilam dengan perbandingan 1 : 1. Penambahan jumlah bahan baku yang digunakan, secara linier akan bepengaruh terhadap penambahan minyak nilam yang diperoleh. Pada fenomena D9. 2
pemanasan dan proses destilasi dengan proses pemanasan thermal yang berasal dari elemen pemanas atau dari nyala api, kecenderungan semakin besar jumlah pelarut yang digunakan, maka akan menghasilkan jumlah bahan hasil destilasi yang semakin besar (Sumarno, dkk 2005), meskipun pada akhir penelitiannya pada volume tertentu (pada saat rasio bahan baku dan pelarut 1:7) ada kecenderungan penurunan hasil destilasi yang diperoleh. Pada penelitian ini, bahan baku dan pelarut menjadi variable penelitian pada perbandingan 1:1, 1:2, 1:3, 1:4 dan 1:5 dengan menggunakan proses destilasi air menggunakan sumber pemanas dari gelombang mikro. Mekanisme pemanasan dengan menggunakan gelombang mikro berdasarkan pergerakan kutub kutub dielektrik bahan baku dan air. Pergerakan tersebut menyebabkan gerakan resonansi yang mengakibatkan kenaikan temperatur. Proses pemanasan dengan memanfaatkan gelombang mikro (mikrowave) ini diharapkan berdampak lebih baik pada proses pengeluran minyak dari perangkap membrane membrane selnya. Pada Gambar 3, terlihat jumlah minyak yang diperoleh (dalam % rendemen) pada skala 1 (rasio 1:1), skala 2 (rasio 1:2) dan skala 3 (rasio 1:3) semakin meningkat. Hal ini sebanding dengan peningkatan volume destilat yang diperoleh selama proses destilasi tersebut, karena proses penguapan minyak nilam sangat dipengaruhi tekanan permukaan dari pelarut yang digunakan. Pada konteks ini, minyak nilam yang telah berubah fase menjadi uap didorong oleh fase uap pelarut, sehingga fase uap minyak nilam memiliki tekanan permukaan yang lebih tinggi untuk bergerak hingga mencapai kondensor. Kondisi ini menjelaskan bahwa pada rasio bahan baku dan pelarut yang semakin kecil (jumlah pelarutnya semakin besar) akan menyebabkan proses penguapan pelarut dan minyak nilam semakin besar sehingga diperoleh %rendemen yang semakin besar. Akan tetapi pada skala 4 (rasio 1:4) dan skala 5 (rasio 1:5), total volume destilat yang dihasilkan semakin kecil dan berakibat pada penurunan %rendemen yang diperoleh. Hal ini disebabkan pada skala 4 dan 5, jumlah destilat yang direcycle ke dalam labu destilasi semakin besar dan secara langsung saat proses recycle destilat ke dalam labu destilasi akan menurunkan temperatur dan tekanan permukaan pelarut dan untuk meningkatkan tekanan permukaan pelarut dan minyak nilam hingga bisa mnguap dan mengalir sampai kondensor membutuhkan waktu tertentu. Kondisi ini mengakibatkan fase uap sebelum proses recycle terjadi seharusnya menguap dan mengkondensasi di kondensor dan menjadi destilat mengalami penurunan temperatur dan menghambat proses penguapan yang seharusnya terjadi. Gambar 3. Pengaruh Rasio Bahan Baku dan Pelarut terhadap Volume Destilat dan % Rendemen Minyak Nilam pada daya Mikrowave 600 watt 2.2 Pengaruh Rasio Bahan Baku dan Pelarut terhadap Mutu Kualitas Minyak Nilam Pengukuran mutu minyak nilam pada penelitian ini meliputi ; pengukuran bilangan asam, analisa kandungan patchouli alcohol (%PA) dan pengukuran bobot jenis minyak nilam yang mengacu pada SNI Minyak Nilam 06-2385-2006. 2.2.1 Hasil Analisa Kadar Air Sebelum melakukan proses destilasi, bahan yang akan dipakai harus dikeringkan terlebih dahulu. Adapun tujuan dari pengeringan bahan adalah untuk mengurangi kadar air yang terdapat dalam bahan D9. 3
sehingga diperoleh kadar air yang minimal dan merusak membrane sel yang mengadung minyak nilam, sehingga minyak nilam yang dihasilkan lebih baik. Berdasarkan literatur kadar air maksimal yang baik untuk bahan yang akan digunakan pada destilasi adalah sekitar 14-16 %. ( Sumarsono, 2005). Adapun hasil analisa kadar air yang telah di lakukan terhadap bahan baku (daun dan batang) sebesar 13,12%. 2.2.2 Hasil Analisa Bilangan Asam Bilangan asam menunjukkan kandungan lemak bebas dalam minyak atsiri. Bilangan asam yang semakin besar dapat mempengaruhi kualitas minyak atsiri, semakin besar bilangan asam akan merubah bau minyak atsiri. (Sastrohamidjojo, 2004). Pada penelitian ini, semakin kecil rasio bahan baku dan pelarut yang digunakan, pada waktu tertentu hingga proses recycle dilakukan menyebabkan bahan baku yang digunakan kekurangan pelarut dan berakibat terjadinya peningkatan temperatur (over heating) dan dapat merusak minyak yang akan dihasilkan. Pada gambar 4, terlihat bahwa bilangan asam yang diperoleh masih masuk standar minyak nilam berdasarkan SNI Minyak nilam 06-2385-2006, dimana bilangan asam yang diperoleh berkisar antara 0,77 s.d 2 mg KOH/ g sampel. Hal ini membuktikan bahwa penggunaan gelombang mikro pada proses destilasi minyak nilam dengan variabel penelitian yang digunakan, tidak menyebabkan terjadinya kerusakan minyak nilam yang dihasilkan. Gambar 4. Pengaruh Rasio Bahan Baku dan Pelarut terhadap Bilangan Asam Minyak Nilam pada daya Mikrowave 600 watt 2.2.3 Hasil Analisa Bobot Jenis dan %Patchouli alcohol (%PA) Salah satu analisa yang dipakai untuk mengetahui sifat fisis adalah analisa bobot jenis. Berdasarkan Standar Nasional Indonesia 06-2385-2006, nilai bobot jenis minyak nilam yang baik berkisar 0,943 0,983. Berdasarkan hasil penelitian diperoleh bobot jenis berkisar antara 0,9519 s.d 0,974 (gambar 5). Hal ini berarti bahwa proses destilasi yang dilakukan dapat menghasilkan kualitas minyak nilam yang sesuai baku mutu minyak nilam. Pengukuran nilai patchouli alcohol (PA) menggunakan GC-FID yang dilakukan pada penelitian ini menghasilkan %PA berkisar 30 41,9% (Gamabar 6). Nilai ini telah memenuhi standar %PA yang dipersyaratkan pada Standar Nasional Indonesia 06-2385-2006. D9. 4
Gambar 5. Pengaruh Rasio Bahan Baku dan Pelarut terhadap Bobot Jenis Minyak Nilam Gambar 6. Pengaruh Rasio Bahan Baku dan Pelarut terhadap %PA Minyak Nilam 2.2.4 Hasil Pengukuran Rendemen Minyak Nilam yang diperoleh Jumlah rendemen yang diperoleh berbanding lurus dengan jumlah destilat yang diperoleh. Artinya, semakin banyak destilat yang dihasilkan pada proses destilasi minyak nilam, berpotensi semakin besar rendmen minyak nilam yang diperoleh. Demikian juga semakin besar rasio bahan baku yang dipakai tentunya semakin banyak volume destilat yang dihasilkan (gambar 7), akan tetapi % rendemen yang dihasilkan belum tentu semakin baik. Pengaruh Jumlah destilat yang diperoleh pada proses destilasi menggunakan pemanasan thermal dibandingkan dengan proses destilasi menggunakan pemanas gelombang mikro sebagaimana terlihat pada gambar 7. Pada gambar 7, terlihat bahwa jumlah destilat pada proses destilasi menggunakan pemanas thermal lebih kecil dari pada jumlah destilat pada proses destilasi menggunakan gelombang mikro. Selain itu, waktu yang dibutuhkan untuk memperoleh hasil destilat tersebut berbeda, dimana waktu yang dibutuhkan pada proses destilasi menggunakan pemanas thermal lebih besar dari pada jumlah destilat pada proses destilasi menggunakan gelombang mikro. Gambar 7. Perbandingan Volume Destilat yang diperoleh pada Metode Destilasi air menggunakan Mikrowave dan Metode Destilasi air menggunakan Pemanas Thermal Rekayasa proses dilakukan pada metode destilasi dengan mikrowave, dimana jumlah rendemen minyak yang diperoleh pada metode ini akan dibandingkan dengan metode destilasi dengan pemanas thermal. Pada Gambar 8, terlihat rendemen yang dihasilkan menggunakan motode destilasi dengan pemanas thermal lebih kecil dibandingkan dengan metode destilasi dengan mikrowave. Begitu pun waktu yang D9. 5
diperlukan, pada destilasi dengan pemanas thermal, membutuhkan waktu hingga 420 menit (7 jam) untuk memperoleh rendemen minyak nilam 1,29%. Hal ini sangat jauh berbeda jika dibandingkan dengan destilasi destilasi dengan mikrowave yang hanya memerlukan waktu 180 menit (3 jam) untuk memperoleh rendemen 1,92%. Hal ini berarti terjadi peningkatan rendemen 48,15%. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa selain dapat mempersingkat waktu destilasi untuk memperoleh minyak nilam, penggunaan destilasi dengan mikrowave juga dapat meningkatkan jumlah rendemen yang diperoleh. Gambar 8. Perbandingan %Rendemen yang diperoleh Metode Destilasi air menggunakan Mikrowave pada daya Mikrowave 600 watt dan Metode Destilasi air menggunakan Pemanas Thermal 3 Simpulan 1. Jumlah pelarut yang digunakan pada proses destilasi dengan gelombang mikro mempengaruhi jumlah rendemen yang diperoleh, dimana rasio bahan baku dan pelarut yang optimal pada penelitian ini adalah pada perbandingan 1 : 3 dengan jumlah rendemen 1,915 %. 2. Kualitas minyak nilam yang diperoleh dengan metode destilasi menggunakan mikrowave memenuhi range kualitas minyak nilam sesuai SNI minyak nilam 06-2385-2006, yakni Bobot jenis antara 0,9519 s.d 0,974 dan bilangan asam berkisar antara 0,77 s.d 2 mg KOH/ g sampel serta %PA antara 30 s.d 41,9%. 3. Perbandingan dua metode destilasi yang dilakukan, yakni metode destilasi dengan pemanas thermal dan destilasi dengan mikrowave, menunjukkan bahwa proses yang dilakukan dengan destilasi dengan mikrowave memerlukan waktu yang lebih singkat (180 menit) dan mampu meningkatkan jumlah rendemen yang diperoleh hingga 48,15%. Daftar Pustaka [1]. Guenther, Ernest. (1952). Essential oil, 5th edition. Van Nostrand Reinhold Company Inc. : New York [2]. Basak, Tanmay., Samanta, Sujoy Kumar., dan Jindamwar, Avinash. (2008). A novel concept on discrete samples for efficient mikrowave processing of materials. The Journal of Chemical engineering Science. 63 : 3292-3308. [3]. Sumarsono. 2005. Perilaku Kadar Air Daun Nilam Hasil Pengeringan Secara Rotasi dengan Traydryer. Jurnal Ilmu Pertanian Indonesia Vol. 7 (1) : 59-67 [4]. Sastrohamidjojo, H. 2004. Kimia Minyak Atsiri. Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta. Hal. 203-238. [5]. Standar Nasional Indonesia. (2006). SNI Minyak Nilam. Dewan Standarisasi Nasional Indonesia, Jakarta D9. 6