1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Mono- dan diasilgliserol merupakan molekul amfifilik, yaitu memiliki gugus hidrofilik pada salah satu sisinya dan gugus hidrofobik pada sisi yang lainnya. Mono- dan diasilgliserol banyak digunakan sebagai emulsifier di industri pangan, kosmetik dan obat-obatan. Dua cara yang biasa digunakan untuk memproduksi mono- dan diasilgliserol adalah dengan esterifikasi langsung antara gliserol dengan asam lemak serta interesterifikasi minyak atau lemak oleh gliserol. Reaksi esterifikasi langsung dilakukan dengan cara mereaksikan gliserol dengan asam lemak. Proses esterifikasi dilakukan pada bahan yang mengandung asam lemak tinggi. Prosesnya dapat dilakukan dengan menggunakan katalis asam maupun basa (Zhang, et al., 2003). Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi esterifikasi adalah suhu, konsentrasi katalis serta rasio antara alkohol dengan minyak (Patel, et al., 2013). Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa yield monoasilgliserol meningkat ketika suhu reaksi dinaikkan hingga suhu tertentu (Raita, et al. 2015; Hoo, et al. 2014). Yield monoasilgliserol juga mengalami peningkatan pada saat konsentrasi katalis dinaikkan (Gan, et al. 2012; Hoo, et al. 2014). Peningkatan yield monoasilgliserol juga terjadi ketika dilakukan perubahan
2 rasio antara gliserol dengan asam lemaknya (Gan, et al. 2012; Mostafa, et al. 2013; Hoo, et al. 2014). Namun, belum ada penelitian yang mempelajari faktor-faktor reaksi tersebut dalam reaksi esterifikasi antara gliserol dan asam palmitat dengan menggunakan katalis padat. Katalis kimia yang banyak digunakan dalam reaksi esterifikasi langsung adalah resin penukar ion yang merupakan katalis asam padat. Beberapa keunggulan yang dimiliki resin ini adalah: (i) katalis mudah dipisahkan dari produk; (ii) memungkinkan untuk diaplikasikan pada reaksi kontinyu menggunakan kolom; (iii) kemurnian produk tinggi, karena reaksi samping dapat diminimalisir; dan (iv) tidak menyebabkan korosi sehingga aman bagi lingkungan (Sharma, et al., 2013). Resin penukar ion komersial yang paling banyak digunakan adalah Amberlyst-15. Resin ini memiliki efisiensi katalitik yang tinggi, murah dan bersifat non-toksik. Amberlyst-15 memberikan efektivitas reaksi yang tinggi karena memiliki diameter pori yang lebar dan area permukaan yang luas (Ozbay, et al., 2008). Diameter pori yang lebar menyebabkan permukaan Amberlyst-15 mudah terisi air hasil dari reaksi samping proses esterifikasi. Permukaan yang tertutup air ini menghalangi akses lemak yang bersifat hidrofobik menuju sisi aktif katalis. Akibatnya, reaksi esterifikasi menjadi sulit terjadi dan katalis mengalami deaktivasi (Son, et al., 2011). Deaktivasi katalis menyebabkan berkurangnya jumlah sisi aktif yang bekerja dan menurunnya tingkat keasaman (Sani, et al., 2014). Deaktivasi oleh air yang menyebabkan menurunnya tingkat keasaman akan membuat aktivitas
3 katalitiknya berkurang. Maka diperlukan suatu cara agar Amberlyst-15 lebih efektif digunakan di dalam reaksi. Upaya mengurangi deaktivasi katalis akibat keberadaan air dilakukan dengan penambahan molecular sieve 3Å sementara peningkatan keasaman dilakukan dengan penambahan H 2 SO 4. Semakin tinggi konsentrasi H 2 SO 4 yang digunakan dalam perendaman membuat kadar air amberlyst-15 semakin rendah, sehingga hasil konversi produk esterifikasinya semakin tinggi (Harmini, 2015). Perendaman amberlyst-15 dalam 1M H 2 SO 4 efektif menurunkan ph dan meningkatkan konversi produk yang diperoleh (Sampath, 2013). Amberlyst-15 merupakan katalis asam padat, sehingga sifat katalitik amberlyst-15 sangat ditentukan oleh tingkat keasamannya. Etil hidrogen sulfat merupakan senyawa yang terbentuk dalam reaksi antara H 2 SO 4 dan etanol (Bernthsen, 1955). Etil hidrogen sulfat memiliki sifat keasaman yang kuat. Penggunaan larutan perendam H 2 SO 4 etanolat menghasilkan konversi produk yang tinggi (Harmini, 2015). Penambahan H 2 SO 4 etanolat dilakukan sebelum amberlyst-15 digunakan dalam reaksi esterifikasi. Monoasilgliserol dapat diproduksi menggunakan stirred tank reactor (STR), packed bed reactor (PBR), maupun fluidized bed reactor (FBR). STR merupakan jenis reaktor yang paling sering digunakan pada proses batch. Desain reaktor ini sederhana dan mudah dioperasikan. STR memberikan hasil pencampuran dan kecepatan transfer massa yang sangat baik. Selain itu, biaya
4 operasi yang rendah juga merupakan salah satu keuntungan reaktor jenis ini. Meskipun telah banyak pengembangan dan penelitian tentang desain reaktor, STR tetap menjadi pilihan bagi industri karena kemungkinan kontaminasi atau pembentukan produk yang tidak diinginkan bisa lebih dikontrol dan kerugian akibat kehilangan produk lebih kecil dibandingkan dengan jenis reaktor lain. 1.2 Rumusan Masalah 1. Bagaimana kondisi terbaik sintesis monoasilgliserol dari gliserol dan palmitat dalam stirrer tank reactor menggunakan katalis padat amberlyst-15 yang telah diberi perlakuan perendaman dalam H 2 SO 4 etanolat dilihat dari rasio molar (MR) gliserol:asam palmitat, konsentrasi katalis, suhu, dan lama waktu reaksi untuk mendapatkan yield konversi tertinggi? 2. Bagaimana sifat pembentukan emulsi dan stabilitas emulsi dari monoasilgliserol yang diproduksi? 1.3 Tujuan Penelitian 1.3.1 Tujuan Umum Mengevaluasi proses reaksi esterifikasi monoasilgliserol dari gliserol dan palmitat dalam stirrer tank reactor menggunakan katalis padat amberlyst-15 yang telah diberi perlakuan perendaman dalam H 2 SO 4 etanolat.
5 1.3.2 Tujuan Khusus 1. Memperoleh kondisi terbaik sintesis monoasilgliserol dari gliserol dan asam palmitat dalam stirrer tank reactor menggunakan katalis padat amberlyst-15 yang telah diberi perlakuan perendaman dalam H 2 SO 4 etanolat dilihat dari rasio molar (MR) gliserol:asam palmitat, konsentrasi katalis, suhu, dan lama waktu reaksi untuk mendapatkan yield konversi tertinggi. 2. Mengetahui sifat pembentukan emulsi dan stabilitas emulsi dari monoasilgliserol yang diproduksi. 1.4 Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat bagi ilmu pengetahuan terutama kemajuan ilmu dan teknologi pangan. Penelitian ini juga diharapkan dapat digunakan oleh masyarakat yang membutuhkan informasi mengenai sintesis monoasilgliserol dari gliserol dan asam palmitat dalam stirrer tank reactor menggunakan amberlyst-15 sebagai katalisator. Selain itu, informasi mengenai kondisi terbaik reaksi esterifikasi dapat digunakan sebagai dasar untuk merancang proses apabila akan diaplikasikan lebih lanjut. Produk yang dihasilkan dapat digunakan sebagai penstabil emulsi pada produk pangan. Proses yang dilakukan dalam stirrer tank reactor juga dapat menjadi dasar aplikasi dalam industri pangan.