TINJAUAN REAKSI HOMOGENPADA HIDROLISA MINYAK BIJI KARET

OwiArdiana Se~wardhani1, Sperisa Distantina1Hary SUIiStyO2,Suprihastuti Sri Rahayu2

Abstract: Fattyacids wereproducedby hydrolysisof rubberseed oil in the presenceofHCI as catalyst. The aim of this research was to estimatethe reaction rate parameters.The experimentwas carried out in a stirred-batchreactor equippedwith condensorandtemperaturecontroller to maintain it isothermally. The equivalent ratio of water/oil wasfixed at 10 timesand the catalystwas set 0.4 g /100 g 0/7based. Thishydrolysisreactionwas observed in a homogen reaction and temperature vaty at 323 - 363 oK.

Temperature absolutely affected the reaction rate constant. It developed on the-In k = 0,8735 + 2327, 9692/RT equations.

Keywords: Omega-3, fattyacids, hydrolysis

1 JurusanTeknikKimiaFT UniversitasSebelasMaret2 Jurusan Teknik Kimia FT Universitas Gadjah Mada

PENDAHULUANIndonesia sebagai negara

penghasil karet alam (38% produksikaret dunia) memiliki perkebunan karetyang sangat luas. Pada tahun 1997,tercatat luas area perkebunan karetmencapai 3,5 juta hektar dan

, mengalami pertumbuhandari tahun ketahun. Dalam tahun 1986 - 1996, luasarea perkebunan karet mengalamipertumbuhan sebesar 2,2% per tahun.Sekitar 83% luas perkebunan karet diIndonesiadimilikioleh rakyat.

Hasil utama perkebunan karetadalah getah karet (latex) yangdigunakan sebagai bahan baku produkyang dibuat dari karat alam. Hasil lainbelum diperhitungkansecara ekonomis.Pohon karet selain menghasilkangetahketika disadap, juga menghasilkan bijikaret yang akan menghasilkanminyakjika diekstrak. Minyak biji karet ini diIndonesia belum dimanfaatkan,bahkanbijinyasebagaisumberminyakdibiarkanjatuh terbuang.

Minyak biji karet dari jenishevea brasiliensis mengandungflavonoid, saponin, alkaloid, cyanogenicglycoside, beta carotene, plant sterol,dan phospholipid. Setiap 100 9 bijikaretjenis hevea brasiliensis mengandung8,5 9 H2O, 17,6 9 protein, 48,5 9minyak, 22,9 9 karbohidrat,2,5 9 abu,120 mg Ca, dan 430 mg fosfor (P).Minyak biji karet memiliki komposisiasam lemak sebagai berikut: palmitat(CH3(CH2)14COOH) 7%, stearat

(CH3(CH2)1SCOOH) 9%, arachidat(CH3(CH2)1aCOOH)0,3%, oleat (Cis-9-octadecenoicacid)30%, linoleat(omega6) 30 - 50 %, dan linolenat (omega 3) 2-23%.

Komposisi minyak biji karetmenunjukkan bahwa minyak biji karetmengandungbahan-bahanyang sangatbermanfaat. Khususnya jika kita dapatmengambil asam-asam lemak yangterkandung di dalamnya. Hidrolisaminyak biji karet merupakan prosespilihan yang dapat dilakukan. Hidrolisaakan menguraikan minyakmenghasilkan gliseroJ dan asam-asamlemak penyusunnya. Dibandingkandengan proses penyabunan(saponifikasl) menggunakanbasa kuat,hidrolisa dinilai lebih efektif dan efisienkarena hanya memerlukanair (dengansedikit kataJis).Selan itu asam Jernakdapat diperoleh hanya dengan satulangkah reaksi. Pada prosespenyabunandiperlukanlangkah-Iangkahtambahan, seperti pembebasan asamlemak dengan HCI dan pencucianuntukmemperoJeh asam lemak (Ketaren,1986).

Asam lemak produk hidrolisaminyak biji karet, jika melihat komponenyang dominan, terutama terdiri dariasam palmitat, stearat, oIeat, linoleat,dan linolenat. Asaro palrnitat dapatdigunakan untuk bahan pembuatpalmitat metalik, sabun, lube oils, waterproofing, dan food grade additives.Asam stearat digunakan untuk stearate

Tinjauan Reaksi Homogen pada Hidrolisa Minyak aiji Karet(D.A Setyawardhani, S. Distantina, H. Sulistyo, dan S.S. Rahayu)

13

>,Aiii;t[iS,pS!:,;ttzas, Mbun, farmasi daiikosmetik, accelerator activator,dispersing agent, softener pada karet,pemoles sepatu dan metal, coatings,food packaging, dan ointments. Asamarachidat digunakan untuk sintesisbahan organik, gemuk pelumas, wax,dan plastik.Asamoleatdigunakanuntukbahan sabun, ointments, kosmetik,senyawa pemoles, pelumas, oreflotation, intermediate, pelapisan, danaditif pada makanan. Asam linoleatdigunakan untuk bahan sabun,pengering khusus untuk pelapispelindung, agen pengemulsi,makanan,penelitian biokimia, suplemen diet, danmargarin. Linolenat banyak digunakanpada formulasi makanan khususnyapada susu formula bayi, penelitianbiokimia, dan dari sifat setengahmengeringnyabanyak digunakan untukindustricat (Swem,1964).

Asam lemak juga merupakanbahan yang mudah. terbakar(combustible)dan bila diproses denganalkoholisis dapat dimanfaatkansebagaibiodiesel yang saat ini banyak ditelitisebagai sumber energi altematif danterbarukan. Di samping itu hidrolisaminyak biji karet juga menghasilkangliserol sebagai hasil samping. Gliserolbanyak digunakan dalam industrimakanan, farmasi, kosmetika, bahanpeledakdan lain-lain(Swem,1964).

Keberhasilan proses hidrolisaminyak biji karet untuk menghasilkanasam lemak akan meningkatkanprospek ekonomi perkebunan karet.Prospek ekonomiyang meningkatakanmenambah daya tarik budi dayaperkebunan karet bagi masyarakatmaupun swasta. Hal ini mengingatakhir-akhir ini ada kecenderunganpengalihan lahan perkCebunan karetmenjadi lahan perkebunankelapa sawitseperti yang terjadi di Sumatera Utara(Agroindonesia,2003).

Penelitian ini bertujuan untukmendapatkan parameter kecepatanreaks;hidrolisaminyakbiji karet dengankatalis asam khlorida (HCI), padakondisiyang relatif moderatdan ditinjausecara homogen. Dari studi kinetikareaksi hidrolisa minyak biji karet ini,parameter-parameter persamaan

Ekuilibrium, Vol 5, No.1, 2006: 13 -19

kecepatan reaks; yang diperoiehberguna untuk perancangan reaktjfpada skala yang lebih besar. Dari segipemanfaatan sumber daya alam danlingkungan, hasil penelitian inidiharapkan mampu mendongkrakpotensi perkebunan karet danmengurangi limbah padat yangdihasilkannya.

DASARTEORtPenelitian tentang hidrolisa

minyak biji karet telah beberapa kalidilakukan. Sukamto (1986) telahmelakukan penelitian hidrolisa ini padatekanan atmosferik dan suhu 100°Cdengan katalis asam sulfat. SedangkanSofiyah(1989)dan Nurbaiti (1990) telahpula melakukannya pada suhu tinggi(Iebihdari 100°C)dan tekananlebih dari1 atmosfir.Sofiyahmenggunakankatalisdamar penukar kation (amberlyst 15)dan Nurbaiti mengunakan reagenTwitchell. Dari ketiga penelitiantersebutkonversi tertinggi justru diperoleh olehSukamto (87,2%), yang melakukanhidrolisa pada tekananatmosferiktetapimenggunakan katalis asam. Untuk itupenelitian ini meninjau hidrolisa minyakbiji karet pada tekanan atmosferik dansuhu kurang dari 100°C. Karena asamJemak yang dihasilkan cenderungdiarahkan untuk produksi asam lemakpangan (edible fatty acid) tak jenuh,maka penggunaan katalis asam kloridalebih aman karena dapat dinetralkandengan NaOH menjadi garam dapur.Penggunaan suhu rendah diper1ukanagar asam lemak tak jenuh tidak teruraiatau terdegradasi menjadi asam temakjenuh rantai pendek.

Proses hidrolisa menguraikanminyak biji karet menjadi gliserol danasam lemakpenyusunnya.

CHz-Q-COR1 CHrOH R1-CO-OH'I IICH-O-COR2 +3 H'OH 71H-OH + R2-CO-OH'CHrO-COR3 CHrOH R3-CO-OH'

trigliserida air gliserol asam lemak

(1)Faktor - faktor yang mempengaruhikecepatan reaksi hidrolisa minyak bijikaret:

14

SuhuKecepatan reaksi meningkat

dengan kenaikan suhu reaksi. Makintinggi suhu reaksi, energi yang dimilikioleh molekul-molekul reaktanbertambahbesar hingga melebihienergiaktifasi. Hal ini mengakibatkan makinbanyak tumbukan antar molekul yangmenghasilkanreaksi. MenurutArhenius,hubungan antar konstanta kecepatanreaksi dengan suhu mengikutipersamaaneksponensial:

k = A exp ( -E/RT)dengank : konst.kec. reaksi (menir1)A : faktorfrekuensi (menir1)E : energi aktifasi (kal/mol)R : konstantagas idealT : suhu (K) ( Bird,1993)

(2)

KonsentrasikatalisReaksi hidrulisa tergolong

berjalan lambat, sehingga penambahankatalis bertujuan untuk mempercepatreaksi dengan jalan menurunkanenergi

. aktifasinya. Pada reaksi hidrolisa,pemilihan katalis berhubungan puladengan suhu reaksinya. Katalis basatidak memerlukan suhu yang tinggi,sementara katalis asam umumdigunakan untuk suhu sekitar suhu10Q'C( Kirk& Othmer).

Perbandingan pereaksiPada reaksi reversible, bila

salah satu reaktan diberikan berlebihatau salah satu produk dipisahkan akanmenggeser reaksi ke kanan.

KonsentrasiPereaksi dengan konsentrasi

tinggi dapat meningkatkan jumlahtumbukan antar molekul yang akanmendorong terbentuknya produk. Padareaksi hidrolisa minyak nabati atauhewani, air, dan minyak merupakanbahan-bahanyang relatifmumi.

Persamaan reaksi hidrolisa dapatditulissebagai:

k1 . C + 3DA + 3B ..k2

.(3)

dengan A, B, C, dan D masing-masingadalah minyak, air, gliserol, dan asamJemak.Persamankecepatanreaksinya:

dCA 3 3r=- - = k1(CA)(CB) -k2(CC)(CD)

dt

(4)dengan CA, CB, Ce, CD, masing-masingadalah konsentrasi minyak, air, gliserol,dan asam lemak, k1 dan k2 adalahkonstanta kecepatan reaksi ke kanandan ke kiri dan t adalah waktu reaksi.

Reaksi hidrolisa merupakanreaksi bolak-balik yang berjaJan lambat(Groggins, 1958), sehingga untukjumlah reaktan yang diperbesar,kecepatan reaksi ke kin dapat diabaikanterhadap reaksi ke kanan, sehinggakeseimbangan bergeser ke kanan. Bilaair yang digunakan berlebihan, makaperubahan konsentrasi minyak jauhJebih signifikan dari perubahankonsentrasi air, sehingga konsentrasi airdapat dianggap konstan sehingga :

- dCA - C 5r- -- - k A ( )dt

Setelah reaksi beriangsung t menit,maka berlaku :CA = CAo (1-~)-dCA = -CAo d( 1-XA)dCA = -CAOdXA (6a)substitusi persamaan (6) dan (6a) kepersamaan (5) :CAO dX...IdtdX,o/dtdXA (1-XA)JdXAI (1-XA)

.., (6)

= k CAO(1-XA)= k (1-XA)= kdt= Jkdt

XA tJ ~I (1- XA) = J k dt0 0

-In (1-XA) = kt + CdenganCAo : konsentrasiminyakmula-mulaCA : kons.minyaksetelah reaksiXA : konversik : konstantakecepatanreaksit : waktu reaksi (Agra, 1992)

Bila grafik -In (1-XA) terhadaptberupa gans lurus, maka hidrolisaminyak biji karet mengikuti reaksi tingkatsatu dan nilai konstanta kecepatanreaksi (k) dapat dihitung berdasarkanangkaarah (gradien).

(7)

Tinjauan Reaksi Homogen pada Hidrolisa Minyak Byi Karet(D.A. Setyawardhani, S. Distantina, H. SuJistyo, dan S.S. Rahayu)

15

METOD~PENELITIANMinyak biji karet diperoleh dari

biji karet lewat metode pengepre5an.Minyakdianalisakadarair, rapat massa,asam lemak total dan a5am lemakbebasnya. Aquades dan HCI proanalyze diperoleh dari LaboratoriumDasarTeknikKimia UNS dianalisarapatmassanya. Pada penelitian inidigunakan HCI dengan konsentrasi0.4gram/100ml minyaksebagaikatalisator.Suhu reaksi divariasikan untukmemperoleh nilai konstanta kecepatanreaksi 5ebagaifungsi 5uhu.Temperaturyang ditinjau adalah 50, 60, 70, 80,90°C.

Rangkaian alat hidrolisa yangdigunakanterlihat padagambar1. lJ

Keterangan:1. Labulehertiga .2. Pengadukmekanik3. Pendinginbalik4. Water- bath5. Pengambilcuplikan

7. Powerstat8. Termostat9. Pemanas celup

10. Pengaduk11. Labu pemanas

aquades6. Ertenmeyer penampung 12. Pemanas

Cuplikan aquadesGambar 1. Rangkaian alat hidrolisa minyak

Minyak biji karet yang telahdiketahui Kadar asam lemaknyaditimbangdenganberat tertentu.Minyakdipanaskan dalam reaktor yangdilengkapi dengan pendingin balik,pengaduk, pengambii cupiikan dantermometer hingga mencapai suhureaksi.

Sejumlah tertentu HCI sebagaikatalis ditambahkan dengan aquadesdipanaskanjuga pada alat terpisahhingga mencapai suhu yang samadengan suhu operasi reaktor. Kemudiancampuranaquadesdan HCIdialirkankedalam reaktor. Pengaduk serta

pendingin dijalankan, dan waktu reaksidihitung pada saat ketiga bahantercampur 5eluruhnya.Cuplikan diambiltiap 10 menit untuk dianalisa kadartrigliserida 5isanya dan reaksidilangsungkandalamwaktu 1 jam.

Dari cuplikan yang diperoleh,asam lemak dipisahkan dari gliseroluntuk dianalisa lebih lanjut. Sampeldimasukkan ke dalam oven untukdiuapkan aimya. Setelah didinginkandalam desikator, asam lemak bebasdalam sampeldianalisadengan metodevolumetric untuk mengetahui Kadartrigiseridayang tidak bereaksi.

HASILDANPEMBAHASANProses hidrolisa menggunakan

pengadukan dengan kecepatan 300rpm. Hasil yang diperoleh daripercobaan adalah Kadar asam lemakbebas = 0,14828 mgreklgram, asamlemak total = 2,45747 mgreklgram dantrigliserida mula-mula (CAo)= 2,30919mgreklgram.

Dari percobaan terlihat bahwasuhu reaksi berbanding lurus dengankonversi. Pada suhu50°C ,60°C ,70°C, konsentrasitrigliserid sisa semakin menurun padawaktu yang sama dan konversinyacenderung naik. Hal ini sesuai denganpersamaan(6).

12

0.8..<.J~ 0.6<.Jc- 0.4

0.2

00 10 20 30

walttu

40 50 60

".~h-" 2Hub , ...'n ., .--,-'/'~ . w U"\lSIlli..;Nt~OO<:Ii;i;ullU "';2

16

~- -~---1.41.2

..!,z0.8co..

~0.60.4

0.2

0a 10 20 50 6030

waktu

40

""0~1..0- ~ TT..1.."_""""'0'_"" "... --~- -.1 C/\ 0,...'-'=C~""UC', "'aA.<."""LU"'~"""._'uvv",

1.6

1.4

1.2

.. 1!,z~ 0.6<>£: 0.6

0.4

0.2

0a 10 50 6020 30

waktu

40

GambarA.Hyb. W!lktuY~InCd~d!l~u 10 °c

Sedangkan pada suhu 80°Cdan 90°C konversimaupunkonsentrasitrigliseridsisa nilainyanaik turun. Halinisesuai dengan teori yang menyatakanbahwa pada suhu tinggiasam Jemaktakjenuh lebih mudah terurai atau terputusmenjadi rantai yang lebih pendek danterkonversi menjadi senyawa lain yangbukan asam lemak. Misa/nyalipoperoksida, aldehid, asamketohidroksi, epoksi, dan polimer.Terputusnya rantai trigliseridamenyebabkan destruksi atau kerusakanasam /emak sehingga mengganggukestabilanminyak.(Ketaren,1986).

1.6

1.6

1.4

1.2

~ 1..u 0.8c- 0.6

0.40.2

a0 50 6010 20 30

waktu

40

,...--1.--' TT..1.. --. .-,... "... _.1... 01>0,...'-'<Uti"'" -'. "X"V'_"'.""'."-".'1l1"'A~MWU "" V

!1.8

1.6

1.4

1.2

g 1lJ 0.8c- 0.6

0.4

0.2

00 50 6010 20 30 40

waktu

Gambar 6. Hub. waktu vs 1n CAriCA oada suhtt.90 °C

Nilai konstanta kecepatan reaksi(k) sebagai fungsi suhu diperoleh secaragratis. Dengan regresi linier antara suhuversus nilai k maka besamya energiaktivasi dan faktor pengadukan dapatdihitung dengan persamaan Arrhenius.

Tabe/1 Konstantakece~n reaksi

Sesuai persamaan tersebut,dengan naiknya suhu, konstantakecepatan reaksi cenderung naik. Nilaienergi aktivasi reaksi sebesar2327,9692 kal / mol dan faktorpengadukan0,8735/ menit..

Tinjauan Reaksi Homogen pada Hidro/isa Minyak Siji Karet(D.A. Setyawardhani, S. Distantina, H. Sulistyo, dan S.S. Rahayu)

17

Suhu (K) k (menif')323 0,0226333 0,0265343 0,0296353 0,0311363 0 0343

.0.

...

.5

.11T

Gambar 7. Hubunm!lllllK vs -1fT

KESIMPULANPada reaksi hidrolisa minyak biji

karet dengan konsentrasi katalis (HCI)0,4 gr/100 gr minyak,dan perbandinganminyak: air sebesar 1 : 10 mgeklmgek,diperoleh nilai faktor pengadukan (A)sebesar 0,8735 menit dengan energiaktifasi (E) sebesar2327,9692kal/ mol.

Persamaan hubungan antarakonstanta kecepatan reaksi dengansuhu adalah: In k = In 0,8735 -2327,9692/RT.

UCAPANTERIMAKASIHUcapan teJima kasih ditujukan

pada DIKTI yang telah mendanaipenelitianinidengan dana HibahPekerti2006, serta Febe Prabaning Raras danJonas Nastiti yang telah membantupelaksanaan penelitianini.

DAFTARPUSTAKAGriffin, RC., 1927, "Technical Methods

of Analysis", 2 ed., McGraw -Hill Book Company, Inc., NewYork.

Groggins,P.H.,1958,"Unit ProcessesinOrganic Synthesis", 5 ed.,McGraw - Hill Book Company,NewYork.

Ketaren, S., 1986, "Minyak dan LemakPangan",UI Press,Jakarta.

Kirk, RE. and Othmer, D.F., 1980,"Encyclopedia of ChemicalTechnology",vol.9, 3 ed., JohnWiley and Sons,NewYork.

Nurbaiti,S., 1990,"HidrolisisMinyakBijiKaret", Laporan Penelitian,Laboratorium Proses TeknikKimia, Jurusan Teknik Kimia,

Ekui/ibrium, Vo/S, No.1, 2006: 13 - 19

Fakultas Teknik, UniversitasGadjahMada,Yogyakarta.

Ratnayake, W.M.N., Olsson, B.,Matthews, D. and Ackman,RG., 1988, "Preparation ofOmega-3 PUFA Concentratesfrom Fish Oils via UreaComplexion",Fat. Set Technol.,vol. 10pp. 381-386.

Sediawan, W. B. dan Prasetya, A.,1997, "Pemodelan Matematisdan Penyelesaian Numerisdalam Teknik Kimia", hI. 11-15,32-34, Penerbit Andi,Yogyakarta.

Satyawardhanl,DA Ociii Yustinah,2004, "Asam Lemak Omega 3dari Hidrolisa Minyak Hati IkanKod", Laporan Penelitiandengan dana Hibah SP4,Jurusan Teknik Kimia FakultasTeknil<, Universitas SebelasMaret,Surakarta.

SOfiyah, 1989, "Hidrolisis Minyak BijiKaret denganKatalisatorDamarPenukar Kation", LaporanPenelitian,LaboratoJiumProsesTeknik Kimia, Jurusan Teknik

. Kimia, Fakultas Teknik,Universitas Gadjah Mada,Yogyakarta.

SUkamto,1986,"HidrolisisMinyakBijiKaret", Laporan Penelitian,Laboratorium Proses TeknikKimia, Jurusan Teknik Kimia,Fakultas Teknik, UniversitasGadjahMada,Yogyakarta.

Sediawan,W. B. dan prasetya,A.,1997, "Pemodelan Matematisdan Penyelesaian Numerisdalam Teknik Kimia", hI. 11-15,32-34, Penerbit Andi,Yogyakarta.

Sofiyah, 1995, :Kinetika ReaksiEtanolisis Minyak Biji Kapukdengan Katalisator NaOH danPenambahan Bahan Organik",Tesis diajukan pada ProgramPascasarjana UGM,Yogyakarta.

Solomons,G.T.W., 1990, "Fundamentalof Organic Chemistry",3 ed., pp894-902, John Wiley and Sons,NewYork.

18

Swem, D., 1%'2a,"Baifey's Industrial Oiland Fat Products", yoU, 4 ed.,John Wiley and Sons, New York

Swem, D., 1982b, "Bailey's Industrial Oiland Fat Products", vO1.2,4 ed.,

John Wiley and Sons, NewYork.

www.Agroindonesia.com

Tinjauan Reaksi Homogen pada Hidrolisa Minyak Biji Karet(D.A. Setyawardhani, S. Distantina, H. Sulistyo, dan S.S. Rahayu)

19