1 PENDAHULUAN Latar Belakang Minyak atau lemak merupakan ester dari gliserol dan asam lemak, tersusun atas campuran sebagian besar triasilgliserol dan sebagian kecil senyawa pengotor (di-gliserida dan mono-gliserida, asam lemak bebas, pigmen, sterol, hidrokarbon, posfolipid, lipoprotein, dan lain-lain). Triasilgliserol penyusun minyak atau lemak terbentuk dari asam lemak-asam lemak yang saling berinteraksi satu sama lain sehingga mempengaruhi sifat dan wujud minyak secara alamiah. Sifat fisika, kimia dan fungsional minyak atau lemak sangat ditentukan oleh profil triasilgliserol, komposisi asam lemak, dan adanya senyawa pengotor. Triasilgliserol dan asam lemak penyusun minyak secara parsial mempunyai sifat fisika, kimia dan fungsional tersendiri, oleh karena itu pengaturan jenis dan jumlah (profil) triasilgliserol dalam minyak akan sangat merubah sifat alami minyak tersebut. Pengaturan profil triasilgliserol dan komposisi asam lemak penyusun minyak ini biasanya dilakukan dalam rangka menghasilkan minyak dengan sifat khusus untuk tujuan tertentu (specialty fats). Pengaturan jenis dan jumlah triasilgliserol pada suatu jenis minyak akan memberi nilai tambah yang sangat tinggi bagi minyak tersebut. Dengan cara ini akan diperoleh bahan baku industri berbasis minyak yang nilai ekonomisnya jauh lebih tinggi dari minyak tersebut dalam kondisi alami. Specialty fats adalah lemak dengan sifat khusus untuk aplikasi tertentu dengan nilai ekonomis lebih tinggi seperti margarin, mentega putih, vanaspati, shortening dan Cocoa Butter Alternatives (CBA). Specialty fats pada umumnya dihasilkan dari proses modifikasi profil triasilgliserol dan komposisi asam lemak penyusun minyak dengan berbagai metode seperti interesterifikasi, blending, hidrogenasi, fraksinasi dan atau gabungan dari berbagai metode tersebut. Menurut Shamsudin et al. (2006) proses modifikasi lemak dengan metode hidrogenasi, interesterifikasi dan fraksinasi telah banyak diterapkan saat ini dalam industri minyak sawit dan inti sawit. Tujuan utama dari proses ini adalah untuk mengubah sifat fisikokimia dari minyak atau lemak baik dengan mengurangi derajat ketidakjenuhan dari grup asil (hidrogenasi), dengan redistribusi rantai asam lemak (interesterifikasi) atau dengan pemisahan secara fisik yang selektif dari beberapa komponen triasilgliserol melalui kristalisasi dan filtrasi (fraksinasi). Ketiga jenis metode modifikasi lemak atau minyak ini diupayakan untuk memperoleh produk olahan berbasis minyak dengan nilai ekonomis tinggi. Produk olahan dari minyak secara umum dapat dikelompokkan menjadi dua kategori besar, yaitu produk pangan dan non pangan. Produk pangan terutama minyak goreng, margarin, dan produk substitusi lemak coklat. Produk non pangan terutama oleokimia yaitu asam lemak, gliserin dan turunannya. Minyak atau lemak dapat diolah menjadi produk dengan kegunaan teknis seperti sabun, atau dimurnikan (refining) menjadi RBD Oils yang dengan proses blending dapat dihasilkan produk-produk seperti margarin, vanaspati, minyak goreng dan shortening. RBD Oils jika difraksinasi akan dihasilkan RBD olein dan RBD stearin. RBD olein dengan proses blending akan menghasilkan produk-produk
2 seperti margarin, minyak goreng, minyak masak, shortening atau jika difraksinasi lebih lanjut akan dihasilkan CBA dan super olein. RBD stearin jika disaponifikasi akan dihasilkan sabun, jika di-spliting akan dihasilkan asam-asam lemak yang dapat diolah lebih lanjut menjadi sabun atau emulsifier, dan jika di-blending dapat dihasilkan margarin dan shortening. Modifikasi minyak dengan cara hidrogenasi untuk produk makanan sudah banyak dihindari karena akan menghasilkan lemak trans yang kurang baik bagi kesehatan. Modifikasi kimiawi yang kini banyak dilakukan adalah dengan cara interesterifikasi sedangkan modifikasi fisik banyak dilakukan dengan cara fraksinasi dan blending. Interesterifikasi adalah teknik modifikasi lemak dengan cara restrukturisasi TAG penyusun lemak. Blending adalah teknik modifikasi lemak dengan cara mencampurnya dengan exotic fats tertentu sehingga dihasilkan lemak campuran dengan sifat yang diinginkan (Wainwright 1999). Kristalisasi fraksional, yang umumnya dikenal dengan istilah fraksinasi, adalah proses modifikasi minyak/lemak tertua dan telah mendasari pengembangan industri produk olahan lemak dan minyak makan modern. Pengolahan minyak yang secara komposisional bersifat heterogen menjadi fraksi yang lebih homogen dengan nilai tambah yang tinggi selalu menjadi tantangan dalam teknologi fraksinasi. Ada banyak metode fraksinasi yang dapat diterapkan dalam penyiapan bahan baku produk olahan berbasis minyak, tetapi yang paling sederhana dan banyak dipakai adalah fraksinasi kering. Melalui fraksinasi kering, minyak dapat dibuat menjadi fraksi olein dan stearin dengan komposisi kimia dan sifat fisik dan fungsional yang sangat beragam. Fraksi olein adalah produk fraksinasi yang berbentuk cair sedangkan fraksi stearin adalah produk fraksinasi yang berbentuk padat. Proses fraksinasi minyak secara kering pada umumnya terdiri dari dua tahap, yaitu kristalisasi untuk menghasilkan kristal padat dalam suatu maktriks cair dan filtrasi untuk memisahkan kristal yang terbentuk tersebut dari matriks cair. Menurut Timms (1997), perubahan yang terjadi di tingkat molekuler selama proses kristalisasi lemak diantaranya adalah pembentukan inti (nucleation), pembesaran inti (growth) dan perubahan perilaku fase (polymorphism, solid solutions). Keseluruhan perubahan di tingkat molekuler ini sangat dipengaruhi oleh perlakuan di tingkat fisik berupa penghilangan panas (removal of heat) dan pengadukan (agitation). Oleh karena itu, metode pendinginan (suhu dingin, laju penurunan suhu dan lamanya proses pendinginan yang diterapkan) akan sangat menentukan keberhasilan dari proses fraksinasi minyak. Studi terhadap perilaku kristalisasi lemak merupakan hal yang sangat penting untuk dilakukan baik ditinjau dari segi keilmuan maupun praktis. Pengetahuan yang benar mengenai kinetika kristalisasi lemak diperlukan untuk mengatur kegiatan operasional industri agar dapat menghasilkan produk akhir dengan karakteristik yang diinginkan. Ketersediaan data yang berkaitan dengan perilaku kristalisasi suatu jenis lemak tertentu dapat dijadikan dasar bagi pengembangan produk akhir berbasis lemak tersebut dalam rangka intensifikasi dan ekstensifikasi produksi. Hasil review yang dilaporkan oleh Timms (2005) dan Chaleepa et al. (2010), diketahui bahwa sampai sekarang, pengaruh faktor suhu, laju pendinginan, lama proses dan kecepatan pengadukan terhadap perilaku kristalisasi minyak (khususnya minyak kelapa) dan karakteristik fraksi yang diperoleh belum
sepenuhnya diketahui. Begitu pula dengan fenomena-fenomena yang terjadi, yang diakibatkan oleh perbedaan penerapan faktor-faktor tersebut, belum dapat dijelaskan dengan tuntas dan baru sedikit sekali data tentang kinetika kuantitatif yang saat ini tersedia. Selama ini untuk tujuan optimasi suhu dan waktu fraksinasi dalam menghasilkan fraksi yang diinginkan, penelitian yang banyak dikembangkan adalah metode trial and error, mencari perlakuan terbaik diantara sejumlah perlakuan yang diterapkan. Hasilnya tentu saja hanya akurat untuk jenis produk tertentu dan pada kisaran parameter yang diujikan saja. Minyak kelapa patut untuk dikaji lebih jauh kemungkinan pemanfaatannya melalui proses fraksinasi mengingat potensi dan keistimewaannya dibandingkan dengan minyak-minyak sejenis lainnya. Minyak kelapa merupakan sumber lemak pangan yang banyak mengandung Medium Chain Fatty Acid (MCFA), yang dalam sistem pencernaan lebih cepat menyediakan energi, tidak disimpan dalam bentuk lemak cadangan, dapat menstimulasi fungsi tiroid untuk meningkatkan metabolisme dan kinerja tubuh, tidak memiliki pengaruh negatif terhadap kolesterol dan memberi efek perlindungan terhadap penyakit atherosclerosis dan jantung (Scrimgeour 2005; St-Onge 2005). Selain untuk produk pangan, minyak kelapa juga banyak dibutuhkan untuk produk oleokimia khususnya asam lemak kaproat, kaprilat, kaprat dan laurat komersial yang banyak dibutuhkan untuk untuk industri sabun dan deterjen, bahan pemlastis untuk campuran bahan bakar jet dan pelumas generasi baru (Gervajio 2005; O Brien 2004). Minyak kelapa berbeda nyata dari lemak atau minyak lain khususnya dalam hal perubahan wujudnya dari bentuk padat menjadi cair yang terjadi relatif pada kisaran suhu yang sempit. Minyak kelapa berwujud padat keras pada suhu 70 F (21.1 C), tetapi akan meleleh secara cepat dan sempurna sedikit di bawah suhu tubuh. Wujud padat dan cair dari minyak kelapa ini ditentukan oleh akumulasi sifat berat molekul dan titik cair dari masing-masing asam lemak penyusunnya. Komposisi asam lemak yang berbeda akan menghasilkan titik cair minyak yang berbeda pula. Berdasarkan perbedaan titik cair ini, maka minyak kelapa dapat difraksinasi menjadi minyak dan lemak dengan sifat fisikokimia yang berbeda (Gervajio 2005; O Brien 2004). Disertasi ini tersusun dalam sembilan bab, bab pertama merupakan pendahuluan yang berisi latar belakang, tujuan, ruang lingkup dan manfaat penelitian. Bab kedua berisi tinjauan pustaka secara umum, sedangkan pada bab ketiga diuraikan metodologi penelitian secara garis besar. Hasil-hasil penelitian diuraikan secara terperinci dalam bentuk artikel jurnal ilmiah pada bab keempat sampai bab ketujuh. Pada bab-bab tersebut masing-masing dibahas tentang karakterisasi minyak kelapa yang akan digunakan sebagai bahan baku untuk proses fraksinasi kering; fraksinasi kering minyak kelapa menggunakan kristalisator skala 120 kg untuk menghasilkan fraksi minyak kaya triasilgliserol rantai menengah; pengaruh laju pendinginan kritis, suhu dan lama kristalisasi terhadap profil triasilgliserol dan sifat melting produk fraksinasi minyak kelapa; kinetika kristalisasi minyak kelapa pada berbagai suhu dan laju pendinginan kritis; akhirnya pada bab kedelapan diuraikan pembahasan umum terhadap keseluruhan hasil-hasil penelitian serta bab kesembilan berisi kesimpulan dan saran dari penelitian ini. 3
4 Tujuan Penelitian Tujuan umum penelitian ini adalah untuk mempelajari teknologi proses fraksinasi kering minyak kelapa pada skala laboratorium dan pilot plant terutama yang berkaitan dengan perilaku kristalisasi dan fraksinasi minyak kelapa. Selain itu dikaji juga sifat fisikokimia produk fraksinasi minyak kelapa, khususnya profil TAG dan profil pelelehannya, sehingga diperoleh informasi tentang karakteristik khas proses fraksinasi kering minyak kelapa untuk pengendalian proses produksi bagi pengembangan produk olahan berbasis minyak kelapa. Tujuan khusus penelitian ini adalah: 1 Mempelajari metode fraksinasi kering yang khas untuk minyak kelapa pada skala pilot plant (120 kg) dan mengidentifikasi kondisi dan persyaratanpersyaratan penting yang harus diatur dan dijaga dalam tahap-tahap fraksinasi kering minyak kelapa. 2 Menetapkan sistem pendinginan yang krusial dalam fraksinasi kering minyak kelapa untuk digunakan sebagai panduan dalam merancang proses fraksinasi minyak kelapa secara lebih praktis. 3 Menetapkan prosedur pendinginan yang efektif untuk menghasilkan fraksi minyak kelapa dengan kandungan MCT tinggi. 4 Mengetahui pengaruh laju pendinginan kritis dan suhu kristalisasi terhadap perubahan komposisi dan profil TAG, kinetika kristalisasi dan sifat melting produk fraksinasi minyak kelapa. 5 Mengetahui hubungan (model persamaan matematika) antara berbagai parameter fraksinasi minyak kelapa dengan prosedur pendinginan selama proses kristalisasi (laju pendinginan kritis, suhu kristalisasi dan lama proses kristalisasi), yang dapat digunakan untuk memprediksi komposisi kimia, sifat fisik dan termal-mekanis produk akhir di masing-masing fraksi stearin maupun olein. Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup penelitian ini adalah mempelajari perilaku kristalisasi dan fraksinasi minyak kelapa pada berbagai perlakuan pendinginan dan suhu kristalisasi yang diterapkan serta melihat karakteristik masing-masing fraksi olein dan stearin yang dihasilkan dari berbagai perlakuan tersebut. Bahan baku yang digunakan adalah RBDCNO. Peralatan utama yang digunakan adalah kristalisator dengan kapasitas 120 kg yang dilengkapi dengan alat pengaduk dan pencatat suhu secara otomatis dan penyaring vakum yang dilengkapi sistem pendingin isotermal. Fokus penelitian ini diarahkan pada penemuan berbagai model hubungan antara perlakuan pendinginan dan suhu kristalisasi terhadap kinetika kristalisasi, perilaku fraksinasi dan karakteristik fraksi olein dan stearin yang dihasilkan. Manfaat Penelitian Manfaat penelitian ini antara lain adalah menyediakan data dasar bagi pengembangan metode fraksinasi kering minyak kelapa untuk tujuan menghasilkan produk olahan minyak kelapa secara spesifik. Data-data dasar ini
akan dilengkapi dengan berbagai model persamaan hubungan antar berbagai input faktor dengan perilaku kristalisasi dan karakteristik fraksi minyak yang dihasilkan. Data dan model yang diperoleh dari penelitian ini diharapkan dapat menjadi dasar bagi pengembangan metode untuk menghasilkan diversifikasi produk olahan berbasis minyak kelapa dengan nilai tambah tinggi, khususnya yang memerlukan fraksinasi dalam proses produksinya. 5