BAB III METODOLOGI PENELITIAN

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Bahan dan Peralatan 3.1.1 Bahan yang digunakan Pada proses distilasi fraksionasi kali ini bahan utama yang digunakan adalah Minyak Nilam yang berasal dari hasil penyulingan rakyak di daerah sulawesi. Selain itu di analisa komponen utama minyak nilam menggunakan gas kromatografi (GC) sebesar 28%. Ada pun bahan lain yang digunakan pada proses ini adalah es batu dan garam, es batu berguna untuk membantu mendinginkan. Sedangkan garam tersebut membantu agar es batu bsa brtahan lama. Selain bahan yang digunakan pada proses utama ada pula bahan bahan yang digunakan pada proses pendukung, seperti : etanol teknis dan PP (Penoptalien) yang digunakan 20 Andri Handriyansah

pada proses mencari bilangan asam, setelah itu ada pula larutan KOH etanol untuk mentitrasi proses tersebut. 3.1.2 Perlatan yang digunakan Pada proses distilasi fraksionasi alat utama yang digunakan adalah satu set unit distilasi fraksionasi vakum dengan kolom packed. Alat ini mempunyai unit refluk (satuan detik) dan labu umpan sebesar4 6 liter. Selain itu di analisa pula kandungan/komposisi kimia dalam bahan baku dan fraksi fraksi serta residunya dengan menggunakan Gas kromatografi. Ada pula alat pendukung pada proses lainnya. Seperti : timbangan digital dan pemanas konvensional yang digunakan pada saat menentukan bilangan asam. Selain itu alat Refraktometer (Atago seri RX70000CX) yaitu untuk menentukan indeks bias minyak nilam. 3.2. Pendekatan sebelum Proses Distilasi Fraksinasi Penelitian ini menggunakan umpan minyak nilam sebanyak 2000 ml. Dalam pemilihan kondisi operasi yang digunakan dengan cara pendekatan tekanan uap terhadap titik didih (kisaran suhu) komponen utama minyak nilam yang diinginkan. Untuk menentukan kisaran suhu tersebut, diperlukan data titik didih dan tekanan uap komponen utama yang akan dipisahkan (Tabel 3.1). Kompoenen utama minyak nilam Patchouli Alkohol, Pogostol, β-patchoulene, α-guaiene yang berada di distilat (fraksi ringan). Untuk lebih jelasnya bisa dilihat pada table 3.1 dibawah ini : 21 Andri Handriyansah

Tabel 3.1 Pengaruh Tekanan Terhadap Temperatur Pada Komponen- Komponen Minyak Nilam Temperatu(suhu) Tekanan mmhg (mbar) Patchouli β- Pogostol α-guaiene alkohol Patchoulene 1 1.3332 65.66 64.27 58.27 56.73 5 6.6661 94.67 92.67 84.02 81.8 10 13.332 110.84 108.49 98.37 95.77 20 26.664 129.76 127.01 115.16 112.12 30 39.997 142.29 139.28 126.29 122.95 40 53.329 151.91 148.69 138.82 131.26 60 79.993 166.59 163.05 147.85 143.94 100 133.32 187.1 183.14 166.06 161.67 200 266.64 219.04 214.41 194.41 189.26 400 533.29 256.44 251.01 227.59 221.58 760 1013.2 296.74 290.46 263.36 256.38 22 Andri Handriyansah

Gambar 3.1 Hubungan antara tekanan terhadap temperatur untuk komponen utama minyak nilam Dari gambar 3.1 diatas, pendekatan secara teoritis dalam pengambilan kondisi operasi dengan cara menplotkan hubungan tekanan uap dengan suhu komponen utama minyak Nilam. Jika kondisi operasi menggunakan tekanan 1 mmhg maka perkiraan titik didih Patchouli Alkohol, Pogostol, β-patchoulene, α- Guaiene sekitar 60 80 C. 23 Andri Handriyansah

Tabel 3.2 Tabel Pendekatan Volume menurut Hasil GC Volume Teoritical Fraksi (%) (ml) FMN 1 50 1000 FMN 2 10 200 FMN 3 5 100 FMN 4 15 300 Residu 20 400 Untuk teori pengambilan volume distilat mulai dari fraksi satu sampai dengan fraksi yang ke empat bisa dilihat dari table di atas. Yaitu pendekatan volume menurut hasil GC. Hal ini dilakukan agar distilat yang bertitik didih lebih kecil dari Patchouli Alkohol bisa tereliminasi dengan baik pada fraksi awal, maka dari itu pada fraksi yang terakhir bisa mendapatkan kadar Patchoiuli Alkohol yang tertinggi. FMN1 FMN 2 FMN 3 FMN 4 Gambar 3.2 Kromatogram hasil GC untuk penentuan pengambilan volume 24 Andri Handriyansah

3.3. Cara Kerja 3.3.1 Proses Distilasi Fraksionasi Minyak Nilam dimasukan kedalam labu sebanyak 2 liter. Setelah itu alat destilasi dinyalakan, lalu alat kontrol di setting dengan menggunakan Refluk yang diinginkan 5/20, 10/10, dan 20/5 dengan tekanan 1 mbar. Dimana : 5/20 yaitu pembukaan refluk dengan perhitungan dalam waktu 5 detik minyak nilam yang keluar masuk kembali kepada proses untuk mendapatkan PA yang baik dan 20 detik untuk minyak nilam yang keluar bisa langsung dimasukan kedalam wadah yang dipisahkan. Refluk sendiri adalah sebagian produk dikembalikan ke sistem untuk pindah bahan dari fasa cair ke fasa uap, untuk lebih jelasnya kita bisa lihat gambar 3.1 : 25 Andri Handriyansah

Gambar 3.3 Skema alat Distilasi Fraksionasi vakum kolom packed Setelah itu tunggu hingga refluk pertama itu menetes, berkisar 1 jam hingga 2 jam dan berada pada Tflask 130-135 C dengan tekanan (P) = 1 mbar. Hasil dari destilat sebagai fraksi ringan yang tidak diinginkan dipisahkan sebanyak 40 ml. Setelah itu produk yang dihasilkan diukur volumenya, serta berapa Thead dan Tflasknya. 26 Andri Handriyansah

Setelah smua proses itu selesai dilakukan hingga mendapatkan residunya, baru dilakukan analisa kimia yaitu analisa gas kromatografi. Kemudian analisa fisik meliputi bobot jenis dan indeks biasnya. 3.3.2 Analisa Hasil 3.3.2.1 Bobot jenis Bobot jenis merupakan salah satu kriteria penting dalam menentukan mutu dan kemurnian minyak nilam. Nilai bobot jenis minyak nilam didefinisikan sebagai perbandingan antara massa minyak dengan massa air pada volume dan suhu yang sama. Bobot jenis sering dihubungkan dengan fraksi massa komponen-komponen yang terkandung di dalam minyak nilam seperti seskuiterpen, patchouli alkohol, patchoulena, eugenol benzoat, maka semakin besar pula nilai bobot jenis minyak nilam. Hal ini dikarenakan fraksi-fraksi massa tersebut banyak mengandung molekul yang berantai panjang dan relatif banyak ikatan tak jenuh atau banyak gugusan oksigen karena terjadinya reaksi oksidasi. Penentuan bobot jenis minyak nilam dilakukan dengan menggunakan Piknometer dan timbangan Analitik. Mula-mula piknometer kosong ditimbang dan catat angka yang muncul paa timbangan sebagai massa piknometer kosong. Kemudian ke dalam piknometer kosong yang sudah ditimbang dimasukkan air yang telah didinginkan setelah itu ditimbang, dan diperoleh angka yang muncul pada timbangan, sehingga dicatat sebagai massa piknometer berisi air. Selanjutnya piknometer yang berisi air dicuci dengan menggunakan etanol dan dikeringkan, setelah kering minyak nilam dimasukkan ke dalam piknometer yang sama dan 27 Andri Handriyansah

ditimbang sehingga diperoleh angka yang muncul pada timbangan sebagai massa piknometer berisi minyak nilam. Bobot jenis dihitung dengan perasmaan (1) (SNI Nilam, 2006): dt 1...(1) Keterangan : dt 1 = adalah bobot jenis minyak nilam pada suhu pengerjaan m = adalah massa piknometer kosong (g). m 1 = adalah massa piknometer berisi air (g) m2 = adalah masas piknometer berisi minyak nilam (g) Setelah dilakukan perhitungan bobot jenis pada suhu pengerjaan, maka dapat dilakukan perhitungan bobot jenis pada suhu 25 C dengan menggunakan Persamaan (2) berikut (SNI Nilam, 2006): d dt 1 + 0,0007 (t 1 t)...(2) 28 Andri Handriyansah

Keterangan : d = adalah bobot jenis minyak nilam pada suhu 25 C dt 1 = adalah bobot jenis minyak nilam pada suhu pengerjaan 0,0007 = adalah koefisien perhitungan standar bobot jenis minyak nilam t 1 = adalah suhu ruangan pengerjaan t = adalah suhu standar 25 C 3.3.2.2 Indeks bias Indeks bias merupakan perbandingan antara kecepatan cahaya di dalam udara dengan kecepatan cahaya di dalam minyak nilam pada suhu tertentu. Indeks bias minyak nilam berhubungan erat dengan komponen berantai panjang seperti sesquiterpen atau komponen bergugus oksigen dalam minyak nilam. Sama halnya dengan bobot jenis, dimana komponen penyusun minyak nilam dapat memengaruhi nilai indeks biasnya. Semakin banyak komponen berantai panjang seperti sesquiterpen atau komponen bergugus oksigen ikut tersuling, maka kerapatan minyak nilam akan bertambah sehingga kecepatan cahaya pada minyak nilam lebih kecil dan mengakibatkan nilai indeks biasnya lebih tinggi. Forme (1976), menyatakan bahwa semakin banyak rantai karbon yang terkandung di dalam minyak atsiri maka nilai indeks biasnya semakin tinggi. Hal 29 Andri Handriyansah

ini disebabkan karena fraksi massa dalam minyak seperti sesquiterpen, patchouli alkohol, patchoulena, eugenol benzoat, berasal dari molekul berantai panjang. Menurut Guenther (1952), indeks bias juga dipengaruhi oleh adanya kandungan air di dalam minyak atsiri tersebut. Semakin banyak kandungan airnya, maka semakin tinggi nilai indeks biasnya. Ini karena sifat dari air yang mudah untuk membiaskan cahaya yang datang. Minyak atsiri dengan nilai indeks biasnya tinggi lebih bagus dibandingkan dengan minyak atsiri dengan nilai indeks bias yang rendah (Sastrohamidjojo, 2004). Penentuan indeks bias dilakukan dengan refraktometer. Mula-mula prisma refraktometer dibersihkan dengan alkohol dan dikeringkan menggunakan tisu hingga kering, setelah kering minyak nilam diteteskan secukupnya di atas prisma menggunakan pipet tetes, tutup prisma dan mengatur slide hingga diperoleh garis batas yang jelas antara terang dan gelap, lalu mengatur saklar sampai garis batas berimpit dengan titik potong dari dua garis bersilangan, setelah itu indeks bias pada suhu pengerjaan dapat dibaca pada skala yang terdapat pada refraktometer. Indeks bias pada suhu 20 C dihitung dengan memakai persamaan (3) berikut (SNI Nilai, 2006). n + 0,0004 (t 1 - t)...(3) 30 Andri Handriyansah

Keterangan : n = adalah indeks bias minyak nilam pada suhu 20 C n = adalah indeks bias minyak nilam pada suhu pengerjaan t1 = adalah suhu ruangan pengerjaan t = adalah suhu standar 20 C 0,0004 = adalah faktor koreksi untuk indeks bias minyak nilam setiap derajat 3.2.2.3 Bilangan Asam Bilangan asam adalah ukuran dari jumlah asam bebas yang terkandung dalam minyak nilam. Sebagian besar minyak atsiri mengandung sejumlah kecil asam bebas, dan jumlah asam bebas tersebut dinyatakan sebagai bilangan asam. Bilangan asam dinyatakan sebagai jumlah miligram KOH 0,1 N yang dugunakan untuk menetralkan asam lemak bebas yang terdapat dalam 1 gram minyak (Sastrohamidjojo, 2004). Bilangan asam dari minyak nilam yang semakin tinggi dapat mempengaruhi terhadap mutu minyak nilam dan dapat merubah aroma khas dari minyak nilam. Hal ini dapat terjadi karena lamanya penyimpanan minyak nilam dan adanya kontak antara minyak nilam yang dihasilkan dengan cahaya dan udara sekitar ketika berada pada wadah penyimpanan. Sebagian komposisi minyak atsiri jika kontak dengan udara atu berada pada kondisi yang lembab akan mengalami reaksi 31 Andri Handriyansah

oksidasi dengan udara (oksigen) dan dikatalisi oleh cahaya, sehingga akan membentuk senyawa asam bebas. Jika penyimpanan minyak tidak diperhatikan atau secara langsung kontak dengan udara sekitar, maka akan semakin banyak senyawasenyawa asam bebas yang terbentuk. Oksidasi komponen-komponen minyak atsiri terutama golongan aldehid dapat membentuk gugus asam karboksilat sehingga akan menambah nilai bilangan asam suatu minyak atsiri. Hal ini juga dapat disebabkan oleh penyulingan pada tekanan tinggi (suhu tinggi), dimana pada kondisi tersebut kemungkinan terjadinya proses oksidasi sangat besar. Penentuan bilangan asam dihitung dengan menggunakan persamaan (4) berikut (SNI Nilam, 2006) : Bilangan asam =...(4) Keterangan : 56,1 = adalah bobot setara KOH. V N m = adalah volume larutan KOH hasil titrasi dngan minyak nilam (ml). = adalah normalitas larutan KOH (N). = adalah massa minyak nilam yang diuji (g). 32 Andri Handriyansah

3.2.2.4 Bilangan Ester Bilangan ester adalah jumlah miligram kalium hidroksida (KOH) yang diperlukan untuk penyabunan ester dalam 1 gram minyak nilam. Jika bilangan penyabunan dan bilangan asam telah ditetapkan, selisih antara keduanya menunjukan bilangan ester. Prinsip bilangan ester minyak nilam adalah berdasarkan penyabunan ester-ester dengan larutan alkali standar dan menitrasi kembali kelebihan alkali tersebut (Badan Standarisasi Nasional, 2006). Bilangan ester sangat penting dalam penentuan mutu minyak nilam karena ester merupakan komponen yang berperan dalam menentukan aroma minyak. Menurut Ketaren (1985), beberapa minyak atsiri mengandung ester yang umumnya berbasa satu (RCOOR ) dengan R dapat berupa radikal alifatis atau aromatik. Cara penentuan bilangan ester minyak nilam terlebih dahulu dilakukan pengujian blanko, caranya labu penyabunan diisi dengan beberapa potong batu didih atau porslen, lalu ditambahkan 10 ml alkohol dan 25 ml larutan KOH 0,5 dalam alkohol, direfluks selama 1 (satu) jam setelah larutan mendidih, larutan didiamkan hingga menjadi dingin. Kondensor refluks dilepaskan dan ditambahkan 3 tetes larutan fenolfthalirn dan kemudian dinetralkan dengan HCL 0,5 N (Badan Standarisasi Nasional, 2006). Pada waktu yang sama dan dalam kondisi yang sama, dihitung 1 gram ± 0,05 gram dimasukkan ke dalam labu dan ditambahkan 25 ml larutan KOH 0,5 dalam alkohol dan beberapa potong batu didih atau porselen kemudian didihkan, setelah mendidih dibiarkan larutan menjadi dingin. Kondensor refluks di lepaskan, ditambahkan 5 tetes fenolfthalien dan dinetralkan dengan HCL 0,5 N seperti pada penentuan blanko (Badan Standarisasi Nasional, 2006). 33 Andri Handriyansah

Nilam, 2006) : Penentuan bilangan ester dengan menggunakan persamaan (5) berikut (SNI Bilangan ester =... ( 5 ) Keterangan : 56,1 = adalah bobot setara KOH V 1 V 0 = adalah volume HCl yang digunakan dalam penentuan blanko ( ml ) = adalah volume HCl yang digunakan untuk contoh ( ml ) m = adalah massa dari minyak nilan yang diuji ( g ) N = adalah normalitas HCl 3.2.2.5 Gas Kromatografi Kromatografi adalah cara pemisahan campuran yang didasarkan atas perbedaan distribusi dari komponen campuran tersebut diantarany dua fase, yaitu fase diam (stationary) dan fase bergerak (mobile). Fase diam dapat berupa zat padat atau zat cair, sedangkan fase bergerak dapat berupa zat cair atau gas. Dalam kromatografi fase bergerak dapat berupa gas atau zat cair dan fase diam dapat berupa zat padat atau zat cair. Banyaknya macam-macam kromatografi yang salah satunya adalah kromatografi gas, yang merupaka metode kromatografi pertama 34 Andri Handriyansah

yang dikembangkan pada zaman instrumen dan elektronika. Kromatografi gas dapat dipakai untuk setiap campuran dimana semua komponennya mempunyai tekanan uap yang berarti, suhu tekanan uap yang dipakai untuk proses pemisahan. Tekanan uap atau keatsirian memungkinkan komponen menguap dan bergerak bersama-sama dengan fase gerak yang berupa gas. Kromatografi gas metode yang tepat dan cepat untuk memisahkan campuran yang sangat rumit. Waktu yang dibutuhkan beragam, mulai dari beberapa detik untuk campuran yang sederhana sampai berjam-jam untuk campuran yang mengandung 500-1000 komponen. Metode ini sangat baik untuk analisis senyawa organik yang mudah menguap seperti hidrokarbon dan eter. Analisis minyak mentah dan atsiri dalam buah telah dengan sukses dilakukan dengan tehnik ini.efisien pemisahan ditentukan ditentukan dengan besarnya interaksi antara sampel dan cairan, dengan menggunakan fase cair standar yang diketahui efektif untuk berbagai senyawa. Pada proses ini cuplikan diinjeksikan dalam bentuk gas atau diubah menjadi gas dengan pemanasan, dibawa oleh gas pembawa masuk kedalam kolom dimana terjadi pemisahan pada kolom dan pengukuran setiap komponen yang telah terpisah dilakukan oleh detektor. Hasil pengukuran tersebut dicatat dalam bentuk puncak puncak yang disebut Kromatografi. 35 Andri Handriyansah

3.3.3. Diagram alir Proses Pemisahan Minyak Nilam menggunakan Distilasi Fraksinasi Vakum Minyak Nilam sebanyak 2 liter dimasukan dalam labu leher 3 Unit Distilat Alat kontrol disetting Refluk (R) = 5/20, 10/10, 20/5 Tekanan (P) = 1 mbar Destilat yang keluar sebagai fraksi ringan dipisahkan sebanyak 40 ml sebelum masuk kedalam fraksi 1 produk yang keluar sebagai Destilat ditampung di dalam botol dan diukur volumenya Analisa kimia destilat dengan kromatografi gas Analisa destilat untuk bobot jenis dan indeks bias Hasil dari Fraksionasi 36 Andri Handriyansah