KAJIAN PEMANFAATAN BIJI KOPI (ARABIKA) SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN METIL ESTER SKRIPSI Oleh BELLA SIMBOLON 080405034 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA DESEMBER 2013
KAJIAN PEMANFAATAN BIJI KOPI (ARABIKA) SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN METIL ESTER SKRIPSI Oleh BELLA SIMBOLON 080405034 SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA DESEMBER 2013
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul : KAJIAN PEMANFAATAN BIJI KOPI (ARABIKA) SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN METIL ESTER dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan peraturan yang berlaku Medan, 2013 Bella Simbolon NIM. 080405034
PRAKATA Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala berkat dan karunia-nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul Kajian Pemanfaatan Biji Kopi (Arabika) Sebagai Bahan Baku Pembuatan Metil Ester, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakulatas Teknik Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Melalui penelitian ini diketahui bahwa minyak biji kopi yang diperoleh melalui tahap ekstraksi memiliki karakteristik yang baik untuk digunakan sebagai bahan pembuatan biodiesel. Sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan, khususnya dalam pembuatan metil ester. Manfaat lain yang diperoleh, yaitu dapat meningkatkan nilai ekonomis dari biji kopi. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis, untuk itu secara khusus penulis mengucapakan terima kasih kepada Dra. Siswarni MZ, MS yang telah banyak membantu. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
DEDIKASI Rasa terima kasih dan hormat penulis ucapkan kepada kedua orang tua penulis, F. Tampubolon yang selalu mendukung penulis dalam melaksanakan studi dan dalam proses pengerjaan skripsi ini. Dedikasi skripsi ini penulis tujukan kepada : 1. Kedua orang tua penulis, T.H Simbolon, dan F. Tampubolon. 2. Kakak dan adik penulis. 3. Keluarga penulis. 4. Bapak dan Ibu dosen Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. 5. Para pegawai administrasi Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. 6. Kartini Pakpahan atas kerjasamanya yang sangat baik selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini. 7. Sahabat-sahabat terbaik di Teknik Kimia, khususnya semua stambuk 2008 yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis. 8. Seluruh teman-teman, adik-adik dan abang kakak yang turut memberikan bantuan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 9. Paduan suara Consolatio yang selalu memberikan dukungan dan semangat kepada penulis.
RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Bella Simbolon NIM : 080405034 Tempat/tgl lahir : Sumbul 19 Juli 1990 Nama orang tua : F. Tampubolon Alamat orang tua : Jl. Sisingamangaraja, Kec. Sumbul, Kab. Dairi Asal Sekolah SD Negeri No. 030332 Sumbul 1996-2002 SMP Negeri. 3 Sumbul 2002-2005 SMA Negeri. 1 Sumbul 2005-2008 Beasiswa yang diperoleh : Beasiswa Bantuan Mahasiswa (BBM) tahun 2008-2011 Pengalaman Organisasi : 1. HIMATEK periode 2011/2012 sebagai anggota Bidang Hubungan Masyarakat 2. Paduan Suara Consolatio USU sebagai ketua Badan Pengurus Harian Artikel yang telah dipublikasikan dalam jurnal : Bella Simbolon, Kajian Pemanfaatan Biji Kopi (Arabika) Sebagai Bahan Baku Pembuatan Biodiesel, Jurnal Teknik Kimia (2013).
ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk memanfaatkan minyak biji kopi sebagai bahan baku pembuatan metil ester dengan proses esterifikasi kemudian dilanjutkan transesterifikasi dan mempelajari pengaruh variasi perbandingan berat pelarut : biji kopi bubuk pada proses ekstraksi minyak biji kopi rusak. Metodologi penelitian meliputi proses penyiapan bahan baku,ekstraksi, dan pengujian. Tahap ekstraksi dilakukan dengan variasi jenis pelarut n-heksana (C 6 H 14 ) dan toluena (C 7 H 8 (C 6 H 5 CH 3 )) dan variasi jumlah pelarut melalui perbandingan 1:5, 1:6, 1:7 dan 1:8 terhadap massa sampel tiap run, yakni 40 gram. Variabel tetap lain adalah waktu ekstraksi 2 jam dan suhu ekstraksi dengan pelarut n-heksana (C 6 H 14 ) (titik didih 69 0 C) adalah 70-75 0 C dan pelarut toluena (C 7 H 8 (C 6 H 5 CH 3 )) (titik didih 110 0 C) adalah 110-115 0 C. Tahap pengujian pemanfaatan minyak kopi dilakukan dengan proses esterifikasi pada perbandingan molar metanol:asam lemak bebas = 3:1 dengan katalis H 2 SO 4 1% v/v selama 1 jam dengan pengadukan 600 rpm dan proses transesterifikasi pada perbandingan molar metanol:minyak kopi = 9:1 dengan katalis NaOH 1,75% selama 2 jam dengan pengadukan 600 rpm. Proses esterifikasi sebagai pendahuluan dilakukan karena tingginya kadar asam lemak bebas minyak kopi, yakni 22,2%. Hasil ekstraksi yang diperoleh meliputi rendemen minyak kopi maksimum yang diperoleh 17,73% pada perbandingan berat toluena:bubuk kopi = 6:1, dan data minyak kopi berupa densitas 93,75 gr/ml, viskositas 59,326 cp dan komposisi asam lemak tertinggi adalah asam linoleat sebesar 40,8765% dan asam palmitat 37,4492%. Hasil esterifikasi dan transesterifikasi yang diperoleh berupa metil ester sebesar 39,63% dengan densitas 0,915 gr/ml, viskositas kinematik 22,5498 cst dan titik nyala 130 0 C. Kata kunci : minyak kopi, ekstraksi, esterifikasi, transesterifikasi, yield
ABSTRACT This research aims to exploit the coffee seed oil as raw material for metyl ester by esterification process, then followed by transesterification process and studied the influence of variations in the weight ratio of solvent: ground coffee beans in the coffee bean oil extraction process. The methodologies of this research are conducted on the process of preparation of raw materials,extraction, and testing phase. Extraction is done with a variety of types of solvent n-hexane (C 6 H 14 ) and toluene (C 7 H 8 (C 6 H 5 CH 3 )) and a variety of solvents through a ratio of 1:5, 1:6, 1:7 and 1:8 against the mass of each run, which is 40 gram. Another variable is still 2 hours extraction time and temperature solvent extraction with n-hexane (C 6 H 14 ) (boiling point 69 0 C) is 70-75 0 c and the solvent toluene (C 7 H 8 (C 6 H 5 CH 3 )) (boiling point 110 0 C) is 110-115 0 C. Testing phase is done by the use of coffee oil esterification process in the molar ratio of methanol: free fatty acid catalyst H 2 SO 4 = 3:1 with 1% v / v for 1 hour with stirring 600 rpm and transesterification process at a molar ratio of methanol: oil = 9:1 coffee with 1.75% NaOH catalyst for 2 hours with stirring 600 rpm. Esterification process as conducted preliminary due to high levels of free fatty acids coffee oils, which is 22.2%. Extraction results include the maximum yield of the coffee oils 17.73% in toluene weight ratio: coffee powder = 6:1, and coffee oil data in the form of the density 93.75 g / ml, viscosity 59.326 cp and fatty acid composition of the highest linoleic acid 40.8765% and palmitic acid 37.4492%. The results of esterification and transesterification obtained by the methyl ester equal to 39.63% with density 0.915 g / ml, 22.5498 cst kinematic viscosity and flash point 130 0 C. Keywords: coffee oil, extraction, esterification, transesterification, yield
DAFTAR ISI Halam an PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI PRAKATA DEDIKASI RIWAYAT HIDUP ABSTRAK ABSTRACT DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL DAFTAR LAMPIRAN DAFTAR SINGKATAN i ii iii iv v vi vii viii xi xiii xiv xv BAB I PENDAHULUAN 1 1.1 LATAR BELAKANG 1 1.2 PERUMUSAN MASALAH 2 1.3 TUJUAN PENELITIAN 3 1.4 MANFAAT PENELITIAN 3 1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5 2.1 BIODIESEL 5 2.2 BIJI KOPI 8
2.2.1 Minyak Biji Kopi 11 2.2.2 Biji Kopi Rusak 12 2.3 EKTRAKSI 13 2.3.1 Ekstraktor Soxhlet 14 2.3.2 Ekstraktor Butt 14 2.4 ESTERIFIKASI 15 2.5 TRANSESTERIFIKASI 16 2.6 ANALISA BIAYA PRODUKSI BIODIESEL 17 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 19 3.1 TEMPAT DAN WAKTU PENELITIAN 19 3.2 BAHAN DAN PERALATAN 19 3.3 DIAGRAM KERJA 19 3.4 PROSEDUR KERJA 20 3.4.1 Penyiapan Bahan Baku 20 3.4.2 Ekstraksi 20 3.4.3 Destilasi 21 3.4.4 Esterifikasi 22 3.4.5 Transesterifikasi 22 3.5 ANALISA MINYAK BIJI KOPI DAN BIODIESEL (METIL ESTER) 23 3.5.1 Penentuan Densitas / Spesific Gravity 23 3.5.2 Penentuan Viskositas 23 3.5.3 Penentuan Kadar Asam Lemak Bebas (Free Fatty Acid) 24 3.5.4 Penentuan Titik Nyala 24 3.5.5 Penentuan Komposisi Asam Lemak dan Asam Lemak Bebas dengan Gas Chromatography (GC) 24 3.6 FLOWCHART PROSEDUR KERJA 25
3.6.1 Flowchart Penyiapan Bahan Baku 25 3.6.2 Flowchart Ekstraksi 26 3.6.3 Flowchart Destilasi 28 3.6.4 Flowchart Esterifikasi 29 3.6.5 Flowchart Transesterifikasi 30 3.7 FLOWCHART ANALISA 31 3.7.1 Flowchart Analisa Densitas 31 3.7.2 Flowchart Analisa Viskositas 32 3.7.3 Flowchart Analisa Kadar Asam Lemak Bebas (Free Fatty Acid) 33 3.7.4 Flowchart Analisa Titik Nyala 34 3.8 ANALISA TEKNIK SAM PLING DAN PENGOLAHAN DATA 35 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 36 4.1 PENGARUH JUMLAH PELARUT TERHADAP RENDEMEN MINYAK 36 4.2 PENGARUH JENIS PELARUT TERHADAP RENDEMEN MINYAK 38 4.3 PENGUJIAN PEMANFAATAN MINYAK KOPI 39 4.3.1 Analisa Pendahuluan 39 4.3.2 Esterifikasi dan Transesterifikasi 40 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 44 5.1 KESIMPULAN 44 5.2 SARAN 44 DAFTAR PUSTAKA 45
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Struktur Buah dan Biji Kopi 8 Gambar 3.1 Diagram Kerja Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kopi 19 Gambar 3.2 Rangkaian Peralatan Soxhlet Extraction 21 Gambar 3.3 Rangkaian Peralatan Destilasi 21 Gambar 3.4 Rangkaian Peralatan Untuk Proses Esterifikasi 22 Gambar 3.5 Flowchart Penyiapan Bahan Baku 25 Gambar 3.6 Flowchart Ekstraksi 27 Gambar 3.7 Flowchart Destilasi 28 Gambar 3.8 Flowchart Esterifikasi 29 Gambar 3.9 Flowchart Transesterifikasi 30 Gambar 3.10 Flowchart Analisa Densitas 31 Gambar 3.11 Flowchart Analisa Viskositas 32 Gambar 3.12 Flowchart Analisa Kadar Asam Lemak Bebas (Free Fatty Acid) 33 Gambar 3.13 Flowchart Analisa Titik Nyala 34 Gambar 4.1 Grafik Pengaruh Jumlah Pelarut terhadap Rendemen dengan Jenis Pelarut n-heksana 36 Gambar 4.2 Grafik Pengaruh Jumlah Pelarut Terhadap Rendemen dengan Jenis Pelarut Toluena 37 Gambar 4.3 Grafik Pengaruh Jenis Pelarut terhadap Rendemen Minyak 38 Gambar 4.4 Kromatogram Minyak kopi 40 Gambar 4.5 Kromatogram Campuran Metil Ester dari Minyak Kopi 42 Gambar L.3.1 Limbah Biji Kopi Kering Setelah Ditumbuk 57 Gambar L.3.2 Biji Kopi Rusak Dipisahkan Dari Kulit Dengan Cara Ditampi 57 Gambar L.3.3 Biji Kopi Rusak Disangrai Hingga Berwarna Cokelat Kehitaman 57
Gambar L.3.4 Sebagian Biji Kopi Sangrai Dihaluskan Dengan Blender 58 Gambar L.3.5 Rangkaian Alat Ekstraksi 58 Gambar L.3.6 Rangkaian Alat Destilasi 59 Gambar L.3.7 Minyak Biji Kopi Hasil Ekstraksi 59 Gambar L.3.8 Bubuk Kopi Sebelum dan Sesudah Diekstraksi 59 Gambar L.3.9 100 ml Minyak Kopi Yang Menjadi Sampel Esterifikasi 60 Gambar L.3.10 Rangkaian Peralatan Esterifikasi dan Transesterifikasi 60 Gambar L.3.11 Metil Ester Yang Dihasilkan 61
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Standarisasi Mutu Biodiesel Indonesia (RSNI EB 020551) 6 Tabel 2.2 Komposisi Kimia Biji Kopi Arabika (% Berat Kering) 8 Tabel 2.3 Karakteristik Minyak Biji Kopi Arabika 9 Tabel 2.4 Komposisi Kimia Biji Kopi Robusta (% Berat Kering) 10 Tabel 2.5 Komposisi Kimia Lemak Kopi 11 Tabel 4.1 Data Hasil Proses Ekstraksi 36 Tabel 4.2 Data Puncak-Puncak Utama Kromatogram Minyak Kopi 40 Tabel 4.3 Perbandingan Karakteristik Metil Ester Praktek Dengan Standarisasi Mutu Biodiesel Indonesia (RSNI EB 020551) 41 Tabel 4.4 Data Puncak-Puncak Utama Kromatogram Campuran Metil Ester Dari Minyak Kopi 42 Tabel L.1 Data Rendemen Minyak kopi 49
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1 Data Percobaan 49 Lampiran 2 Contoh Perhitungan 50 Lampiran 3 Foto Percobaan 57
DAFTAR SINGKATAN FAME FFA GC Fatty Acid Metil Ester Free Fatty Acid Gas Chromatography