Pengembangan proses produksi Alkil Poliglikosida (APG) dari glukosa dan pati sagu

(1)

 

PENGEMBANGAN

 

PROSES

 

PRODUKSI

 

ALKI L

 

POLI GLI KOSI DA

 

( APG)

 

DARI

 

GLUKOSA 

DAN

 

PATI

 

SAGU 

                           

ADI SALAMUN 

 

                                                           

SEKOLAH PASCASARJANA  I NSTI TUT PERTANI AN BOGOR 

BOGOR  2012


(2)

         

PERNYATAAN

 

MENGENAI

 

DISERTASI

 

DAN 

SUMBER

 

INFORMASI 

   

Dengan   ini   saya   menyatakan   bahwa   disertasi   Pengembangan   Proses  Produksi Alkil Poliglikosida (APG) dari Glukosa dan Pati Sagu adalah karya saya  dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun  kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip  dari  karya  yang  diterbitkan  maupun  tidak  diterbitkan  dari  penulis  lain  telah  disebutkan dalam teks dan  dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir  disertasi ini. 

     

Bogor, Januari 2012   

 

Adisalamun  NIM  F361060071


(3)

ABSTRACT 

 

ADISALAMUN.  Process  Development  of  Alkyl  Polyglycoside  (APG)  from  Glucose and Sago Starch. Supervised by DJUMALI MANGUNWIDJAJA, ANI  SURYANI, YANDRA ARKEMAN, and TITI CANDRA SUNARTI. 

 

Alkyl polyglycoside (APG) is one of the products made from renewable natural  materials, namely from carbohydrates and fatty alcohols. The aims of this study  were (1) to obtain the optimum conditions of synthesis process of APG as well as  its characteristics, (2) to develop the production process of APG from sago starch;  and (3) to obtain information of financial feasibility of the establishment of APG  industry of sago starch (capacity 1000 ton/year). The process of making APG with  Fischer  synthesis  can  be  carried  out  with  two  process  variants,  namely direct  synthesis and transacetalization process. Factors studied were glucose-dodecanol  mole ratio and acetalization temperature. The process of synthesis of APG with  sago starch raw material must go through two-step process, namely butanolysis  and  transacetalization.  The  optimum  process  conditions  for  synthesis  of  APG  from  glucose  was  obtained  at  mole  ratio  of  glucose  to  dodecanol  1:3  and  temperature 120°C with the yield of APG by 29.31%. While the optimum process  conditions for the synthesis of APG from sago starch was obtained at mole ratio  of sago starch with dodecanol 1:4.57 and temperature 143.89°C with the yield of  39.04%. Characterization of the resulting APG, namely: surface tension of APG  produced from sago starch (APG-PS) ranged from 60.97 to 65.14%, while the  APG produced from glucose (APG-G) ranged from 49.96 to 56.99%; interfacial  tension of APG-PS ranged from 70.30 to 81.89%; while the APG-G ranged from  54.48 to 77.34% and commercial APG (APG-K) ranged from 70.30 to 81.89%;  Emulsion stability of water-xylene in the presence of 0.1% of APG from APG-G  ranged  between  37-75%,  while  the  emulsion  stability  of  the  APG-PS  ranged  between 35.8-76.2% and APG-K by 85%. Hydropphile-lipophile balance (HLB)  value obtained for the APG-K was 13.64, for the APG-G was 12.31 and for the  APG-PS was 8.81. FTIR analysis results showed generally a similar absorption  band between APG-K and APG-G as well as APG-PS. Correspondence between  surface and interfacial tension data,  (c), with a surface equation of state derived  from the Langmuir isotherm is fitted. Of the development process was found that  synthesis  of  APG  from  sago  starch  can  proceed  to  the  stage  of  commercial  production. The results of financial analysis shows also that the industry of APG  is feasible to be realized with the criteria NPV of Rp 22,722,464,827; IRR of  36.48%; PBP 2.77 years; and net B/C of 1.34. 

 


(4)

       

RINGKASAN 

 

ADISALAMUN. Pengembangan Proses Produksi Alkil Poliglikosida (APG) Dari  Glukosa dan Pati Sagu. Dibimbing oleh DJUMALI MANGUNWIDJAJA, ANI  SURYANI, YANDRA ARKEMAN, dan TITI CANDRA SUNARTI. 

 

Banyak  produk  kimia  diproduksi  dengan  menggunakan  bahan  baku  dari  petrokimia atau gas alam, dimana bahan baku ini akan tersedia dalam jumlah yang  cukup dalam beberapa dekade. Namun, untuk jangka panjang bahan-bahan baku  dari  fosil  ini  akan  habis  dan  produk-produk  yang  berbasis  dari  bahan-bahan  terbarukan  akan  menjadi  semakin  penting.  Dengan  meningkatnya  kesadaran  konsumen terhadap lingkungan dan meningkatnya biaya pengolahan air limbah  telah  memberikan  daya  dorong  untuk  menggantikan  sebagian  produk-produk  berbasis petrokimia dan gas alam dengan produk-produk yang berbasis sumber  daya  alam  terbarukan,  seperti  karbohidrat  dan  trigliserida.  Alkil  poliglikosida  (APG)  merupakan  salah  satu  produk  yang  terbuat  dari  bahan-bahan  alami  terbarukan, yaitu dari karbohidrat dan alkohol lemak. APG ini merupakan salah  satu jenis surfaktan nonionik yang biasa digunakan sebagai aditif pada formulasi  beberapa  produk  seperti  formulasi  herbisida,  produk-produk  perawatan  diri  (personal care products), kosmetik maupun untuk pemucatan kain/tekstil. 

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk (1) Mendapatkan kondisi optimum  proses  sintesis  APG  satu  tahap  dan  dua  tahap  serta  karakteristiknya;  (2)  Mengembangkan  proses  produksi  APG  dari  pati  sagu;  dan  (3)  Mendapatkan  informasi kelayakan finansial pendirian industri APG dari pati sagu dan analisis  sensitivitasnya. 

Proses pembuatan APG dengan sintesis Fischer dapat dilakukan dengan dua  varian proses, tergantung pada jenis karbohidrat yang digunakan, yaitu sintesis  langsung (proses satu tahap) dan sintesis tidak langsung (proses dua tahap). Pada  proses satu tahap bahan bakunya adalah glukosa, sedangkan pada proses dua  tahap bahan bakunya bisa glukosa ataupun pati.  Proses produksi APG melalui  proses  asetalisasi   (satu  tahap)  dilakukan  dengan  mereaksikan  glukosa  dan  dodekanol   dengan   bantuan   katalis   asam   p-toluena   sulfonat   (pTSA)   untuk  menghasilkan APG. Faktor yang dikaji adalah rasio mol glukosa-dodekanol dalam  kisaran 1:3  1:6 dan suhu asetalisasi dalam  kisaran 100  120oC. Proses sintesis 

APG  dengan  bahan  baku  pati  sagu  harus  melalui  dua  tahapan  proses,  yaitu  butanolisis dan transasetalisasi. Pada tahap butanolisis pati sagu, air dan butanol  direaksikan dengan adanya katalis pTSA pada tekanan tinggi untuk membentuk  butil glikosida. Reaksi ini berlangsung selama 30 menit pada suhu 130  150oC, 

tekanan 3  5 bar dan kecepatan pengaduk 200 rpm. Pada tahap transasetalisasi,  butil  glikosida  hasil  dari  butanolisis  direaksikan  dengan  alkohol  lemak  C12 

(dodekanol)  dengan  bantuan  katalis  pTSA  pada  kondisi  vakum.  Reaksi  ini  berlangsung pada suhu 110  120oC dan tekanan vakum selama 120 menit. Pada 

tahap ini dihasilkan APG yang masih bercampur dengan dodekanol, sedangkan  butanol berlebih yang tidak bereaksi dan air dikeluarkan. Kemudian dilanjutkan  dengan  proses  pemurnian  yang  meliputi  netralisasi,  distilasi,  pelarutan  dan  pemucatan. Pada netralisasi ditambahkan NaOH hingga pH mencapai 8  10 untuk  menghentikan  reaksi.  Distilasi  dilakukan  pada  suhu  160  180oC  dan  tekanan


(5)

vakum. Distilasi bertujuan untuk mengeluarkan alkohol lemak berlebih yang tidak  bereaksi.  Pelarutan  dilakukan  agar  kandungan  APG  di  dalam  produk  sesuai  dengan yang diinginkan. Dalam penelitian ini diinginkan kandungan APG 70%  bobot dan sisanya 30% bobot adalah air. Jadi air yang ditambahkan sebanyak 3/7  dari massa APG yang dihasilkan pada tahap distilasi. Proses pemucatan dilakukan  dengan  menambahkan  2%  larutan  H2O2  serta  NaOH  hingga  diperoleh  produk 

dengan pH 8  10. 

Surfaktan nonionik APG larut dalam air, karena itu adsorpsi surfaktan APG  dipelajari  pada  permukaan  air-udara  untuk  tegangan  permukaan  dan  air-xilena  untuk tegangan antarmuka. Persamaan keadaan permukaan yang digunakan untuk  menduga   tegangan   permukaan   dan   tegangan   antarmuka   diturunkan   dari  persamaan adsorpsi Gibbs dan model isotherm Langmuir. Untuk kajian kinetika  emulsifikasi, emulsi disiapkan dengan melarutkan 2% berat APG dalam 92% air  pada suhu   60oC, kemudian ditambahkan 6% mineral oil. Campuran ini diaduk 

dengan  homogenizer  pada  kecepatan  1500  rpm,  2000  rpm  dan  2500  rpm.  Pengukuran  distribusi  ukuran  globula  fase  terdispersi  dilakukan  setiap interval  waktu 5 menit hingga 25 menit dengan mikroskop. 

Pada  pengembangan  proses  APG,  bahan  baku  yang  digunakan  dalam  sintesis  APG  adalah  pati  sagu  dan  dodekanol.  Pati  sagu  memiliki  kelebihan  dibandingkan  glukosa  karena  pati  sagu  banyak  tersedia  dan  harganya  relatif  murah dibandingkan glukosa. Proses yang digunakan dalam sintesis APG adalah  proses Fischer dua tahap. Kondisi proses yang digunakan adalah kondisi proses  optimum dari tahapan sebelumnya. Hasil sintesis APG dari pati sagu pada tahap  sebelumnya dijadikan dasar untuk mengembangkan proses pada skala yang lebih  besar  menurut  metode  linier.  Kemudian  dihitung  neraca  massa  pada  tiap-tiap  tahapan  proses  dilanjutkan  dengan  penentuan  ukuran  peralatan  utama  dalam  mensintesis APG dan prakiraan analisis ekonomi berdasarkan harga pembelian  peralatan. Pada Tahap ini juga dilakukan uji produksi APG dalam reaktor 10 L  berdasarkan kondisi proses optimum yang diperoleh pada tahap sebelumnya. 

Kondisi proses optimum untuk sintesis APG satu tahap diperoleh pada rasio  mol glukosa dengan dodekanol 1:3 dan suhu 120oC dengan respon yield APG 

sebesar  29,31%.  Sedangkan  kondisi  proses  optimum  untuk  sintesis  APG  dua  tahap  diperoleh  pada  rasio  mol  pati  sagu  dengan  dodekanol  1:4,57  dan  suhu  143,89oC dengan yield APG sebesar 39,04%. Karakterisasi APG yang dihasilkan 

baik APG dari glukosa (APG-G) maupun APG dari pati sagu (APG-PS) adalah  (1) Kemampuan menurunkan tegangan permukan yang diperoleh pada APG-PS  lebih besar dibandingkan dengan APG-G, yaitu sebesar 60,97  65,14% sedangkan  APG-G mampu menurunkan tegangan permukaan berkisar antara 49,96  56,99%;  (2) Kemampuan menurunkan tegangan antarmuka air-xilena dari APG-PS lebih  baik  dibandingkan  dengan  APG-G.  APG-PS  mampu  menurunkan  tegangan  antarmuka   air-xilena   sebesar   74,48  80,98%,   sedangkan   APG-G   mampu  menurunkan  tegangan  antarmuka  sebesar  54,48  77,34%.  Kemampuan  menurunkan tegangan antarmuka yang tidak jauh berbeda dengan APG-PS juga  didapatkan  dari  APG  komersial  (APG-K),  yaitu  sebesar  70,30  81,89%;  (3)  Stabilitas emulsi air-xilena dengan adanya APG 0,1% dari APG-G berkisar antara  37  75%, sedangkan stabilitas emulsi dari APG-PS berkisar antara 35,8  76,2%  dan APG-K sebesar 85%; (4) Nilai hydropphile-lipophile balance (HLB) yang  diperoleh  untuk  APG-K  adalah  13,64;  untuk  APG-G  adalah  12,31  dan  untuk


(6)

       

APG-PS adalah 8,81. Berdasarkan konsep Grifin, APG-K dan APG-G tergolong  dalam pengemulsi O/W dan solubilizer, sedangkan APG-PS juga tergolong dalam  pengemulsi  O/W  dan  bahan  pembasah;  (5)  Hasil  analisis  FTIR  secara  umum  memperlihatkan pita serapan yang hampir sama antara APG-K dan APG hasil  sintesis tetapi pada APG hasil sintesis baik dari glukosa maupun dari pati sagu  terbentuk banyak pita serapan yang tidak terbentuk pada kurva APG komersial,  ini  diperkirakan  karena  ketidakmurnian  APG  hasil  sintesis  yang  bercampur  dengan kerak-kerak sehingga muncul gugus-gugus tersebut. 

Kesesuaian antara data tegangan permukaan dan tegangan antarmuka,  (c),  dengan persamaan keadaan permukaan yang diturunkan dari isotherm Langmuir  sangat fit. Dari pengembangan proses diperoleh bahwa sintesis APG dari pati sagu  dapat  dilanjutkan  ke  tahap  produksi  komersial.  Hasil  analisis  finansial  juga  menunjukkan bahwa industri APG ini layak untuk direalisasikan dengan kriteria  NPV sebesar Rp 22.722.464.827; IRR sebesar 36,48%; PBP 2,77 tahun dan net  B/C 1,34. 

 

Kata   kunci:   Alkil   poliglikosida,   glukosa,   pati   sagu,   dodekanol,   tegangan  permukaan.


(7)

                                           

©

 

Hak

 

cipta

 

milik

 

IPB,

 

tahun

 

2012 

Hak

 

cipta

 

dilindungi

 

Undang-Undang 

 

1.   Dilarang   mengutip   sebagian   atau   seluruh   karya   tulis   ini   tanpa  mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. 

a.   Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan  karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu  masalah. 

b.   Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB. 

2.   Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya  tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB


(8)

         

PENGEMBANGAN

 

PROSES

 

PRODUKSI 

ALKIL

 

POLIGLIKOSIDA

 

(APG)

 

DARI

 

GLUKOSA 

DAN

 

PATI

 

SAGU 

 

                             

ADISALAMUN 

 

               

Disertasi 

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar  Doktor pada 

Program Studi Teknologi Industri Pertanian   

                         

SEKOLAH

 

PASCASARJANA

 

INSTITUT

 

PERTANIAN

 

BOGOR

 

BOGOR

 


(9)

                                                             

Penguji pada Ujian Tertutup : 1. Dr. Ir. Sapta Raharja, DEA  2. Dr. Ono Suparno, S.TP., MT   

 

Penguji pada Ujian Terbuka  : 1. Prof. Dr. Ir. Erliza Noor  2. Dr. Ir. Nur Richana, MS


(10)

(11)

PRAKATA 

 

 

Alhamdulillahi   rabbil’alamin,   dengan   memanjatkan   puji   dan   syukur  kehadirat  Allah  SWT  atas  segala  limpahan  rahmat  dan  karuniaNya  sehingga  penulis  dapat  menyelesaikan  penelitian  dan  penulisan  disertasi  yang  berjudul  “Pengembangan Proses Produksi Alkil Poliglikosida (APG) Dari Glukosa dan  Pati Sagu.” Disertasi ini disusun dalam rangka memenuhi salah satu syarat dalam  menyelesaikan studi Doktor pada Program Studi Teknologi Industri  Pertanian,  Institut Pertanian Bogor. 

Penulis  menyadari  bahwa  terwujudnya  disertasi  ini  tidak  terlepas  dari  bantuan   banyak   pihak.   Oleh   karena   itu,   pada   kesempatan   ini   penulis  menyampaikan rasa hormat dan ucapan terima kasih yang tulus serta penghargaan  kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Djumali Mangunwidjaja, DEA selaku Ketua Komisi  Pembimbing atas  perhatian,  waktu,  arahan  dan  motivasi  sehingga  disertasi  ini  dapat diselesaikan. 

Penghargaan dan ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada para  Anggota Komisi Pembimbing Ibu Prof. Dr. Ir. Ani Suryani, DEA; Dr. Ir. Yandra  Arkeman,   M.Eng.;   Dr.   Ir.   Titi   Candra   Sunarti,   MS   yang   telah   banyak  mengarahkan,  memberi  bimbingan  dan  saran,  memberi  dorongan  dan  selalu  memberi semangat kepada penulis agar dapat menyelesaikan studi ini. 

Penulis  juga  berterimakasih  kepada  Rektor  IPB,  Dekan  Sekolah  Pascasarjana IPB, Ketua Departemen Teknologi Industri Pertanian IPB dan Ketua  Program Studi Teknologi Industri Pertanian Sekolah Pascasarjana IPB atas segala  bantuan   dan   pelayanannya.   Kepada   seluruh   Staf   Pengajar   Program   Studi  Teknologi Industri Pertanian IPB penulis ucapkan terimakasih atas segala curahan  waktu,   ilmu   pengetahuan   dan   pengalaman   yang   diberikan   selama   penulis  menempuh pendidikan di IPB. 

Terima   kasih   juga   penulis   ucapkan   kepada   rekan-rekan   kuliah   TIP  umumnya  dan  rekan-rekan  TIP  2006  khususnya  atas  dukungan,  kebersamaan  selama belajar dan dorongan semangat dalam menyelesaikan pendidikan ini. 

Ungkapan  terima  kasih  yang  tulus  dari  lubuk  hati  paling  dalam  penulis  haturkan kepada Ayahanda Adnan Gade (alm.) dan Ibunda Cut Nurhayati atas


(12)

       

segala  do’a  dan  pengorbanan  yang tiada  tara  baik  materi  maupun  moril  yang  beliau berikan selama ini. Juga rasa terima kasih penulis sampaikan kepada ayah  mertua  Teuku  Cut  Ahmad  (alm.)  dan  Ibu  mertua  Cut  Raimah  atas  do’a  dan  motivasi yang diberikan selama ini. 

Rasa terima kasih penulis haturkan kepada istri tercinta Cut Yulian, ananda  Sophia Nabila Putri, Kenna Rizka Aziza (almh.) dan Adilla Fatin Humayra yang  selalu sabar  dan  selalu memberikan  dukungan  serta  motivasi  baik  dalam  suka  maupun duka. 

Ucapan  terima  kasih  juga  penulis  sampaikan  kepada  semua  pihak,  yang  tidak dapat penulis ucapkan satu per satu, yang telah membantu dan memberikan  dukungan dalam penyelesaian studi ini. 

Penulis  menyadari  bahwa  dalam  penyusunan  disertasi  ini masih  terdapat  banyak  kekurangan,  penulis  mengharapkan  adanya  masukan  dan  saran  untuk  perbaikannya. Semoga disertasi ini dapat bermanfaat bagi pengembangan ilmu  pengetahuan dan pengembangan agroindustri di Indonesia. 

       

Bogor, Januari 2012   

  Penulis


(13)

RIWAYAT

 

HIDUP 

 

 

Penulis dilahirkan di Keramat Luar pada tanggal 27 Mei 1967 sebagai anak  ketiga dari enam bersaudara dari pasangan Bapak Adnan Gade (Alm) dan Ibu Cut  Nurhayati.  Pendidikan  sarjana  ditempuh  di  Jurusan  Teknik  Kimia,  Fakultas  Teknik, Universitas Syiah Kuala, lulus pada tahun 1991. Pada tahun 2000 penulis  menamatkan program Magister Teknik, di Fakultas Teknologi Industri, Institut  Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya. Kesempatan untuk melanjutkan ke  program  doktor  pada  Program  Studi  Teknologi  Industri  Pertanian,  Sekolah  Pascasarjana Institut Pertanian Bogor (IPB) diperoleh pada tahun 2006. 

Penulis bekerja sebagai staf pengajar pada Jurusan Teknik Kimia, Fakultas  Teknik, Universitas Syiah Kuala sejak tahun 1993. 

Karya  ilmiah  berjudul  Adsorpsi  Surfaktan  Nonionik  Alkil  Poliglikosida  Pada Antarmuka Fluida-Fluida sedang menunggu penerbitan di Jurnal Rekayasa  Kimia dan Lingkungan. Artikel lain berjudul Optimasi Kondisi Proses Produksi  Surfaktan  Nonionik  Alkil  Poliglikosida  (APG)  Dengan  Metode  Permukaan  Respon juga sedang menunggu penerbitan di Jurnal Teknologi Industri Pertanian

Penulis menikah dengan drh Cut Yulian pada tahun 1999 dan dikarunia tiga  orang anak, yaitu Sophia Nabila Putri, Kenna Rizka Aziza (Almh), dan Adilla  Fatin Humayra.


(14)

       

DAFTAR

 

I SI

 

   

Halaman 

DAFTAR TABEL...   xix 

DAFTAR GAMBAR ...  xxi 

DAFTAR LAMPIRAN...  xxiii 

I  PENDAHULUAN ...  1 

1.1  Latar Belakang...  1 

1.2  Tujuan Penelitian...  3 

1.3  Ruang lingkup ...  3 

II  TINJAUAN PUSTAKA ...  7 

2.1  Surfaktan...  7 

2.2  Sifat-sifat Surfaktan...  9 

2.2.1   Tegangan Permukaan ...  9 

2.2.2   Stabilitas Emulsi ...  10 

2.2.3   Hydrophile-Lipophile Balance (HLB) ...   11 

2.3  Alkil Poliglikosida...  12 

2.3.1   Pengembangan Alkil Poliglikosida ...  12 

2.3.2   Bahan Baku Alkil Poliglikosida...  13 

2.3.4   Produksi Alkil Poliglikosida ...  17 

2.4  Studi Pustaka Sintesis Alkil Poliglikosida ...  23 

2.5  Adsorpsi Pada Suatu Permukaan...  28 

2.5.1   Thermodinamika Adsorpsi: Persamaan Gibbs...  28 

2.5.2   Isotherm Adsorpsi Kesetimbangan ...  30 

2.5.3   Persamaan Keadaan Permukaan ...  32 

2.5.4   Mekanisme Adsorpsi Permukaaan...  33 

2.6  Emulsi...  33 

2.7  Skin Lotion...  37 

2.8  Analisis Kelayakan Finansial ...  41 

2.9  Analisis Sensitivitas...  43 

III   METODOLOGI PENELITIAN...  45 

3.1  Kerangka Pemikiran ...  45 

3.2  Bahan dan Alat ...  46 

3.3  Tahapan Penelitian ...  47 

IV   HASIL DAN PEMBAHASAN...  61 

4.1  Optimasi Proses Produksi APG dari Glukosa dan Pati Sagu ...   61 

4.1.1   Pengembangan Model Empiris ...  61 

4.1.2   Karakteristik APG...  68 

4.2  Adsorpsi Surfaktan Nonionik Alkil Poliglikosida Pada Antarmuka  Fluida-Fluida ...  76 

4.3  Kinetika Emulsifikasi ...  79 

4.4  Aplikasi Alkil Poliglikosida Pada Skin Lotion ...   82 

4.4.1   Viskositas ...  82   

   


(15)

4.4.2   Stabilitas Emulsi Skin Lotion...  82 

4.4.3   Nilai pH ...  83 

4.5  Pengembangan Proses Produksi APG ...  84 

4.6  Peningkatan Skala Reaktor ...  92 

4.6.1   Neraca Massa dan Yield ...  98 

4.6.2   Karakteristik APG pada Skala 10 L ...  100 

4.7  Analisis Kelayakan Finansial...  103 

4.7.1   Biaya Investasi...  104 

4.7.2   Biaya Produksi...  104 

4.7.3   Kriteria Investasi...  105 

4.7.4   Analisis Sensitivitas ...  106 

V  KESIMPULAN ...  109 

5.1  Kesimpulan ...  109 

5.2  Saran ...  110 

DAFTAR PUSTAKA...  111   

                                                                           


(16)

       

DAFTAR

 

TABEL 

   

Halaman 

1  Pengaruh nilai HLB terhadap kinerja ...  12 

2  Komposisi kandungan pati sagu dan beberapa sumber pati lainnya  per 100 g ...  15 

3  Kandungan amilosa dan amilopektin berbagai jenis pati ...  16 

4  Ringkasan hasil studi pustaka sintesis APG secara kimia...  26 

5  Ringkasan hasil studi pustaka sintesis alkil glukosida rantai pendek  (butil glukosida) secara kimia  ...  27 

6  Syarat mutu sediaan tabir surya...  37 

7  Rentang dan level peubah untuk sintesis APG dari glukosa dengan  rancangan komposit terpusat ...  48 

8  Rentang dan level peubah untuk sintesis APG dari pati sagu dengan  rancangan komposit terpusat ...  48 

9  Peubah bebas dan respon untuk sintesis APG dari glukosa dengan  rancangan komposit terpusat ...  49 

10   Peubah bebas dan respon untuk sintesis APG dari pati sagu dengan  rancangan komposit terpusat ...  50 

11   Matriks rancangan percobaan sintesis APG dari glukosa dan hasil (yield) ...62 

12   Matriks rancangan percobaan sintesis APG dari pati sagu dan  respon (yield) ...  62 

13   Pita serapan spektrofotometer FTIR dari APG komersial dan hasil  penelitian ...  75 

14   Perbandingan karakteristik APG sintesis dan APG komersial...   75 

15   Nilai  KL dan  untuk tegangan permukaan hasil optimasi dengan  metode Nelder-Mead ...  77 

16   Nilai  KL dan  untuk tegangan antarmuka hasil optimasi dengan  metode Nelder-Mead ...  78 

17   Ragam parameter model (ukuran globula rata-rata pada 1 menit dispersi  dan laju breakage) ...  81 

18   Neraca massa per batch pada sintesis APG ...   86 

19   Biaya peralatan utama dalam sintesis APG ...  88 

20   Biaya bahan baku pembuatan APG ...  89 

21   Perkiraan total modal investasi ...  90 

22   Perkiraan Total biaya produksi APG per tahun ...   91   

 


(17)

23   Neraca massa keseluruhan pada keadaan tunak ...  99 

24   Karakteristik puncak dari APG yang dihasilkan ...  101 

25   Hasil analisis sensitivitas Skenario I ...  107 

26   Hasil analisis sensitivitas Skenario II  ...  108 

27   Hasil analisis sensitivitas Skenario III ...   108   

                                                                                               


(18)

       

DAFTAR

 

GAMBAR 

   

Halaman 

1  Diagram skematik dari sebuah molekul surfaktan ...  7 

2  Rumus struktur dari alkil poliglikosida ...  13 

3  Diagram alir sintesis alkil poliglikosida berdasarkan sumber karbohidrat  berbeda, sintesis langsung dan transasetalisasi...  18 

4  Sintesis APG satu tahap...  19 

5  Proses sintesis APG dua tahap ...  21 

6  Kolom dalam sistem riel...  29 

7  Kolom dalam sistem ideal ...  29 

8  Gambaran skematik dari emulsi w/o dan o/w yang mengandung gugus  Hidrofilik dan lipofilik dari surfaktan ...  34 

9  Skema emulsi ganda W/O/W dan O/W/O...  35 

10   Skematik dari proses pemecahan emulsi ...  36 

11   Diagram alir sintesis alkil poliglikosida satu tahap ...   52 

12   Metode Sintesis APG dua tahap ...   54 

13   Skema peralatan proses produksi APG dalam reaktor batch  ...   55 

14   Diagram alir pembuatan Sediaan A ...  57 

15   Diagram alir pembuatan Sediaan B ...  58 

16   Diagram alir proses pembuatan skin lotion ...   58 

17   Perbandingan antara yield percobaan dan yield prediksi dari model  untuk APG dari glukosa ...  64 

18   Perbandingan yield percobaan dan model pada sintesis APG dari pati  sagu ...  65 

19   Permukaan respon yield APG berbahan baku glukosa ...  65 

20   Plot kontur permukaan respon yield APG berbahan baku glukosa ...  66 

21   Permukaan respon tiga dimensi dari yield APG dari pati sagu ...   67 

22   Plot kontur permukaan respon yield APG dari pati sagu ...  67 

23   Tegangan permukaan air pada berbagai konsentrasi APG dari glukosa ...   69 

24   Tegangan permukaan air pada berbagai konsentrasi APG dari pati sagu ...70 

25   Tegangan antarmuka air-xilena pada berbagai konsentrasi APG dari  glukosa...  71   

     


(19)

26   Tegangan antarmuka air-xilena pada berbagai konsentrasi APG dari 

pati sagu ...  71 

27   Tegangan permukaan air pada berbagai konsentrasi APG dalam larutan  ....   78 

28   Tegangan antarmuka air-xilena pada berbagai konsentrasi APG dalam  larutan  ...  79 

29   Ragam ukuran globula fase terdispersi  rata-rata pada 2% APG dalam  air-mineral oil ...  81 

30   Diagram alir bahan pada proses sintesis APG dengan bahan baku pati  sagu ...  85 

31   Reaktor utama untuk sintesis APG skala 10 L...   96 

32   Kondensor, separator, dan tangki silika gel (a) Kondensor,  (b) Separator dan tangki silika gel ...  97 

33   Setting alat untuk sintesis APG skala 10 L ...  97 

34   Diagram alir proses sintesis APG ...  98 

35   Tegangan permukaan air pada berbagai konsentrasi APG ...   101 

36   Tegangan antarmuka air-xilen pada berbagai konsentrasi APG ...   102   

                                                               


(20)

       

DAFTAR

 

LAMPI RAN 

   

Halaman 

1  Prosedur analisis surfaktan APG ...  117 

2  Prosedur analisis skin lotion ...  119 

3  Data produksi APG berbahan baku glukosa...  120 

4  Data produksi APG berbahan baku pati sagu ...  123 

5  Data karakteristik surfaktan APG...  126 

6  Sidik ragam (ANOVA) untuk yield ...  130 

7  Hasil analisis FTIR dari APG komersial (APG-K) sebagai acuan, APG  dari glukosa (APG-G) dan APG dari pati sagu (APG-PS)...  131 

8  Data pengukuran karakteristik skin lotion ...  133 

9  Hasil pengamatan ukuran globula emulsi air-mineral oil dengan adanya  APG 2%...  134 

10   Desain reaktor sintesis APG skala 10 L ...  137 

11   Data karakteristik APG pada skala 10 L  ...  138 

12   Analisis kelayakan dan cashflow...  140   

                                                         


(21)

BAB

 

I

 

PENDAHULUAN

 

      1.1   Latar Belakang 

 

Banyak  produk  kimia  diproduksi  dengan  menggunakan  bahan  baku  dari  petrokimia atau gas alam, dimana bahan baku ini akan tersedia dalam jumlah yang  cukup dalam beberapa dekade. Namun, untuk jangka panjang bahan-bahan baku  dari  fosil  ini  akan  habis  dan  produk-produk  yang  berbasis  dari  bahan-bahan  terbarukan akan menjadi  semakin penting.  Meningkatnya kesadaran konsumen  terhadap  lingkungan  dan  meningkatnya  biaya  pengolahan  air  limbah  telah  memberikan daya dorong untuk menggantikan sebagian produk-produk berbasis  petrokimia dan gas alam dengan produk-produk yang berbasis sumber daya alam  terbarukan, seperti karbohidrat dan trigliserida (Ware et al. 2007). 

Alkil poliglikosida (APG) merupakan salah satu produk yang terbuat dari  bahan-bahan  alami  terbarukan,  yaitu  dari  karbohidrat  dan  alkohol  lemak  (El-  Sukkary et al. 2008). APG ini merupakan surfaktan nonionik yang mempunyai  sifat-sifat ekologi dan toksikologi yang paling baik dan sifat-sifat antarmuka yang  baik (Rodriguez et al. 2005). APG juga aman untuk mata dan kulit (Mehling et al.  2007).  APG  biasa  digunakan  sebagai  aditif  pada  formulasi  beberapa  produk  seperti   formulasi   herbisida,   produk-produk   perawatan   diri   (personal   care  products), kosmetik maupun untuk pemucatan kain/tekstil (Hill & Rhode 1999). 

APG pertama sekali disintesis dan diidentifikasi oleh Emil Fischer. Proses  sintesis  APG  dengan  metode  Fischer  ini  dapat  dilakukan  dengan  dua  varian  proses, yaitu dengan proses satu tahap (sintesis langsung), yaitu melalui reaksi  langsung glukosa dengan alkohol lemak, dan proses dua tahap (butanolisis dan  transasetalisasi) (von Rybinski & Hill 1998). 

Glukosa ataupun pati dapat digunakan sebagai bahan baku dalam produksi  surfaktan  APG  (Holmberg  2001).  El-Sukkary  et  al.  (2008)  telah  mensintesis  sederetan APG melalui proses dua tahap menggunakan glukosa dan alkohol lemak  dengan panjang rantai alkil berbeda, yaitu oktanol (C8), nonanol (C9), dekanol 

(C10),  dodekanol  (C12)  dan  tetradekanol  (C14).  Alkil  poliglikosida  (APG)  juga 


(22)

 

2     

alkohol lemak (Ware et  al. 2007). Panjang rantai alkohol lemak  yang mereka  gunakan adalah C8, C10, C12, C16 (heksadekanol) dan C18 (oktadekanol). Böge dan 

Tietze (1998) juga telah menggunakan glukosa dan alkohol lemak (dodekanol,  C12) untuk mensintesis APG. Mereka menggunakan proses satu tahap. Corma et  al. (1998) telah membuat alkil glikosida rantai panjang dengan transasetalisasi  butil  glikosida  dengan  dua  rantai  alkohol  lemak  dan  juga  dengan  glikosidasi  langsung menggunakan zeolit H-beta sebagai katalis. Alkohol lemak yang mereka  gunakan adalah C8 (1-oktanol) dan C12 (1-dodekanol). 

Tingkat  kelarutan  glukosa  dalam  alkohol  rantai  panjang  yang hidrofobik  (alkohol lemak) sangat rendah disebabkan perbedaan kepolarannya. Oleh karena  itu, beberapa peneliti  seperti  El-Sukkary et  al. (2008) dan Ware et  al.  (2007)  mereaksikan  terlebih  dahulu  glukosa  dengan  alkohol  rantai  pendek  (butanol),  yaitu melalui reaksi butanolisis, untuk membentuk alkil (butil) glikosida, dimana  butil glikosida ini lebih mudah larut dalam alkohol lemak. Permasalahan kelarutan  sakarida  dalam  alkohol  lemak  dapat  diatasi  dengan  penggunaan  solubilizer.  Boettner   (1963)   dalam   Lüders   (2000)   telah   menggunakan   pelarut   N,N-  dimethylformamide (DMF). McDaniel et al. (1989) dalam Lüders (2000) telah  menggunakan  N-methyl-2-pyrrolidone  (NMP)  sebagai  pelarut.  Pelarut  DMF  relatif  mahal  sedangkan  NMP  bersifat  racun  terhadap  lingkungan.  Salah  satu  solubilizer  sejenis  NMP   yang  tidak  mencemari  lingkungan  adalah   dimetil  sulfoxida (DMSO) dengan rumus kimia (CH3)2SO yang merupakan asam lemah 

dan toleran terhadap basa kuat dengan titik didih 189oC. Butil glikosida juga dapat 

bertindak  sebagai  solubilizer  untuk  memperbaiki  tingkat  kelarutan  sakarida  (Luders 1987 dalam Luders 2000). 

Dengan menggunakan pelarut maka reaksi diharapkan berada dalam fasa  homogen,  sehingga  reaksi  polimerisasi  glukosa  yang  tidak  diinginkan  dapat  dihindari. Dengan demikian pengotor-pengotor atau endapan-endapan dari produk  reaksi yang berwarna gelap dapat dikurangi. 

Selain itu penggunaan glukosa lebih mudah menyebabkan produk berwarna  gelap  karena  gula-gula  sederhana  sangat  mudah  mengalami  degradasi  akibat  penggunaan  suhu  tinggi  dan  keadaan  asam.   Proses  degradasi  inilah   yang  menghasilkan by-product yang tidak diinginkan selama proses sintesis APG. Pati


(23)

adalah polisakarida yang tersusun dari unit D-glukosa, karena itu pati merupakan  pilihan  yang  tepat  sebagai  bahan  baku  yang  potensial  dalam  produksi  alkil  poliglikosida. Penggunaan bahan baku pati pada proses sintesis APG memiliki  beberapa  kelebihan,  diantaranya  ketersediaan  pati  yang  banyak  dan  harganya  relatif murah dibandingkan glukosa serta pati tidak mudah menyebabkan produk  berwarna  gelap.  Karena  itu  dalam  penelitian  ini  digunakan  pati  sagu  sebagai  bahan baku dalam sintesis APG dan glukosa digunakan sebagai pembanding.   

   

1.2   Tujuan Penelitian   

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk: 

1.  Mendapatkan kondisi optimum proses sintesis APG satu tahap dan dua tahap  serta karakteristiknya. 

2.  Mengembangkan proses produksi APG dari pati sagu. 

3.  Mendapatkan informasi analisis kelayakan finansial produksi APG dari pati  sagu dan dodekanol serta analisis sensitivitasnya. 

     

1.3   Ruang Lingkup   

Penelitian ini terdiri dari tiga bagian utama:   

1.   Optimasi kondisi proses sintesis APG satu tahap dan sintesis APG dua tahap  serta karakteristiknya. Kajian fenomena adsorpsi APG pada antarmuka fluida-  fluida dan kinetika emulsifikasi, penerapan APG pada pembuatan produk skin  lotion. 

2.   Pengembangan proses produksi APG dari pati sagu. 

3.   Analisis kelayakan finansial produksi APG berbasis pati sagu dan dodekanol.   

 

1.3.1   Optimasi kondisi proses sintesis APG satu tahap dan dua tahap serta 

karakteristiknya.   

Bagian ini meliputi optimasi kondisi proses asetalisai (sintesis APG satu  tahap) dan optimasi proses sintesis APG dua tahap. Optimasi dilakukan dengan  menggunakan  metode  permukaan  respon  dengan  rancangan  komposit  terpusat.


(24)

 

4     

Faktor-faktor yang diteliti pada sintesis APG satu tahap adalah rasio mol glukosa  dengan dodekanol dan suhu asetalisasi. Sedangkan pada produksi APG dari pati  sagu, faktor-faktor yang dikaji adalah rasio mol pati sagu dengan dodekanol dan  suhu  butanolisis.  Adapun  peubah  responnya  adalah  yield  APG.  Karakteristik  produk  yang diuji adalah konfirmasi struktur produk APG dan sifat-sifat aktif  permukaan  APG,  yaitu  tegangan  permukaan,  tegangan  antarmuka,  stabilitas  emulsi dan hydrophile-lipophile balance (HLB). 

Pada  tahap  ini  juga  dilakukan  kajian  fenomena  adsorpsi  APG  pada  antarmuka  fluida-fluida.  Karena  APG  larut  dalam  air,  fluida  yang  digunakan  adalah air-udara dan air-xilena. Persamaan keadaan permukaan yang digunakan  diturunkan  dari  persamaan  adsorpsi  Gibbs  dan  model  isotherm  Langmuir.  Kemudian dipelajari kinetika emulsifikasi dan uji stabilitas emulsi. Emulsi pada  kajian  kinetika  emulsifikasi  terdiri  dari  air  +  mineral  oil  +  surfaktan  APG.  Sedangkan pada uji stabilitas emulsi, emulsi yang digunakan adalah skin lotion  yang merupakan produk terapan APG sebagai surfaktan dalam sistem emulsinya.   

 

1.3.2  Pengembangan proses produksi APG dari pati sagu   

Pada  bagian  ini  dilakukan  pengembangan  proses  produksi  APG.  Proses  yang digunakan dalam sintesis APG adalah proses Fischer dua tahap. Bahan baku  yang digunakan adalah pati sagu, karena pati sagu banyak tersedia di Indonesia  dan harganya relatif murah dibandingkan glukosa. Kondisi proses yang digunakan  adalah kondisi proses optimum dari tahapan sebelumnya. Hasil sintesis APG dari  pati sagu pada tahap sebelumnya dijadikan dasar untuk mengembangkan proses  pada skala  yang lebih besar menurut  metode linier. Perhitungan  neraca  massa  pada tiap-tiap tahapan proses dilakukan pada keadaan tunak. Kemudian dihitung  ukuran peralatan utama dalam mensintesis APG. Pada Tahap ini juga dilakukan  uji produksi APG dalam reaktor 10 L berdasarkan kondisi proses optimum yang  diperoleh pada tahap sebelumnya.


(25)

1.3.3  Analisis  kelayakan  finansial  produksi  APG  berbasis  pati  sagu  dan 

dodekanol. 

 

Dalam  bagian  terakhir  ini  dilakukan  analisis  prakelayakan  finasial  untuk  menduga kelayakan proses produksi APG dari pati sagu dan alkohol lemak C12 

(dodekanol). Untuk ini disusun analisis biaya untuk keperluan produksi surfaktan  APG. Analisis  finansial  untuk proses  produksi  surfaktan APG terdiri  dari  dua  bagian, yaitu modal tetap dan modal kerja. Modal tetap dapat dikategorikan dalam  biaya langsung dan biaya tidak langsung. Modal kerja terdiri dari biaya produksi  (operasional) dan biaya umum. Sedangkan biaya produksi dapat dikelompokkan  dalam biaya produksi langsung, biaya tetap, dan biaya overhead pabrik. Penilaian  kelayakan  dilakukan  dengan  menggunakan  kriteria  kelayakan  investasi,  yaitu:  NPV  (Net  Present  Value),  IRR  (Internal  Rate  of  Return),  dan  Net  B/C  (Net  Benefit-Cost),  BEP  (Break  Even  Point),  PBP  (Pay  Back  Period)  dan  analisis  sensitivitas.


(26)

       

BAB

 

I I

 

TI NJAUAN

 

PUSTAKA

 

      2.1   Surfaktan 

 

Surfaktan,  yang  merupakan  singkatan  dari  surface-active  agent,  didefinisikan  sebagai  suatu  bahan  yang  mengadsorpsi  pada  permukaan  atau  antarmuka  (interface)  larutan  untuk  menurunkan  tegangan  permukaan  atau  antarmuka  sistem.  Besarnya  penurunan  tegangan  permukaan  atau  antarmuka  tergantung pada struktur surfaktan, konsentrasi, dan kondisi fisiko-kimia larutan  (misalnya pH, konsentrasi garam, suhu, tekanan, dll.). Secara tipikal surfaktan  merupakan spesies amphiphatic, artinya bahwa surfaktan tersusun dari komponen  hidrofobik, yang disebut dengan “ekor,” dan komponen hidrofilik, yang disebut  dengan  gugus  “kepala”  (Gambar  1)  sehingga  memungkinkan  surfaktan  untuk  berinteraksi  baik  dengan  molekul  nonpolar  maupun  dengan  molekul  polar  (Mehling et al. 2007). 

   

ekor  (hidrofobik) 

    kepala 

(hidrofilik)   

 

Gambar 1  Diagram skematik dari sebuah molekul surfaktan (Mehling et al. 2007).   

Surfaktan  sebagai  senyawa  aktif  penurun  tegangan  permukaan  (surface  active agent) yang digunakan sebagai bahan penggumpal, pembasah, pembusaan,  emulsifier  dan  komponen  bahan  adesif  telah  diaplikasikan  secara  luas  pada  berbagai bidang industri. Kehadiran gugus hidrofobik dan hidrofilik yang berada  dalam satu molekul menyebabkan surfaktan cenderung berada pada antarmuka  antara fase yang berbeda derajat polaritas dan ikatan hidrogen seperti minyak dan  air.  Pembentukan  film  pada  antarmuka  ini  menurunkan  energi  antarmuka  dan  menghasilkan sifat-sifat khas molekul surfaktan (Rieger 1985). 

Secara umum surfaktan dapat diklasifikasikan ke dalam empat kelompok,  yaitu kelompok anionik,  nonionik, kationik dan amfoterik. Klasifikasi  tersebut  berdasarkan  sifat  ionik  gugus  hidrofilik  yang  bersifat  menarik  air.  Gugus 


(27)

hidrofilik yang bermuatan negatif disebut anionik, yang bermuatan positif disebut  kationik, yang tidak bermuatan disebut nonionik, dan yang bermuatan positif dan  negatif  disebut  amfoterik  (Matheson  1996).  Swern  (1997)  membagi  surfaktan  menjadi empat kelompok sebagai berikut: 

 

1)  Surfaktan  kationik,  merupakan  surfaktan  yang  bagian  pangkalnya  berupa  gugus hidrofilik dengan ion bermuatan positif (kation). Umumnya merupakan  garam-garam amonium kuarterner atau amina. 

2)  Surfaktan anionik, merupakan surfaktan yang gugus hidrofobiknya dengan ion  bermuatan negatif (anion). Umumnya berupa garam natrium, akan terionisasi  menghasilkan Na+ dan ion surfaktan yang bermuatan negatif. 

3)  Surfaktan nonionik, merupakan surfaktan yang tidak berdisosiasi dalam air,  kelarutannya diperoleh dari sisi polarnya. Surfaktan jenis ini tidak membawa  muatan   elektron,   tetapi   mengandung   hetero   atom   yang   menyebabkan  terjadinya momen dipol. 

4)  Surfaktan amfoterik, mengandung gugus yang bersifat anionik dan kationik  seperti pada asam amino. Sifat surfaktan ini tergantung pada kondisi media  dan nilai pH. 

 

Menurut Sadi (1994), surfaktan pada umumnya dapat disintesis dari minyak  nabati melalui senyawa antara metil ester dan alkohol lemak. Proses-proses yang  diterapkan untuk menghasilkan surfaktan diantaranya, yaitu asetalisasi, etoksilasi,  esterifikasi,   sulfonasi,   sulfatasi,   amidasi,   sukrolisis,   dan   saponifikasi.   Jenis  surfaktan  yang  dipilih  pada  proses  pembuatan  suatu  produk  tergantung  pada  kinerja dan karektiristik surfaktan tersebut serta karakteristik produk akhir yang  diinginkan. 

Sifat hidrofilik surfaktan nonionik terjadi karena adanya gugus yang dapat  larut  dalam  air  yang  tidak  berionisasi.  Biasanya  gugus  tersebut  adalah  gugus  hidroksil  (R-OH)  dan  gugus  eter  (R-O-R’).  Daya  kelarutan  dalam  air  gugus  hidroksil dan eter lebih rendah dibandingkan dengan kelarutan gugus sulfat atau  sulfonat. Kelarutan gugus hidroksil atau eter dalam air dapat ditingkatkan dengan  penggunaan   gugus   multihidroksil   atau   multieter.   Beberapa   contoh   produk  multihidroksil (hasil reaksi antara gugus hidrofob dengan produk multihidroksil)


(28)

 

9      antara lain: glikosida, gliserida, glikol ester, gliserol ester, poligliserol ester dan  poligliserida, poliglikosida, sorbitol ester dan sukrosa ester (Porter 1991). 

Flider  (2001)  menyatakan  bahwa  surfaktan  berbasis  bahan  alami  dapat  dibagi menjadi empat kelompok yaitu : 

 

1.   Berbasis minyak-lemak seperti monogliserida, dan poligliserol ester  2.   Berbasis karbohidrat seperti alkil poliglikosida, dan n-metil glukamida  3.   Ekstrak bahan alami seperti lesitin dan saponin 

4.   Biosurfaktan yang diproduksi oleh mikroorganisme seperti rhamnolipid dan  sophorolipid. 

     

2.2  Sifat-Sifat Surfaktan   

2.2.1  Tegangan Permukaan   

Molekul-molekul  pada  permukaan suatu cairan  hanya  memiliki  molekul-  molekul sekelilingnya dari sisi bagian dalam dan dengan demikian mengalami  suatu  daya  tarik  yang  cenderung  menarik  mereka  ke  bagian  dalam.  Sebagai  hasilnya, molekul-molekul melekat lebih kuat dengan yang berhubungan secara  langsung dengan mereka di permukaan dan membentuk permukaan "film". Oleh  karena itu perlu lebih banyak gaya untuk menggerakkan objek dari permukaan ke  udara  daripada  untuk  menggerakkannya  dari  fase  bagian  dalam.  Tegangan  permukaan adalah energi yang dibutuhkan untuk meningkatkan luas permukaan  cairan dalam berbagai unit, biasanya diukur dalam dynes/cm atau mN/m. Gaya  dalam dyne/mN diperlukan untuk memecahkan suatu film dengan panjang 1 cm/1  m. Air pada suhu 20oC memiliki tegangan permukaan 72,8 dyne/cm dibandingkan 

dengan 22,3 untuk etil alkohol dan 465 untuk merkuri (Myers 2006). 

Energi molekul-molekul dalam antarmuka menentukan tegangan permukaan  dari suatu cairan, jadi jika molekul-molekul permukaan diganti dengan solut yang  teradsorpsi, maka nilai tegangan permukaan yang terukur akan berubah. Solut-  solut tersebut dapat meningkatkan atau menurunkan tegangan permukaan dari  suatu antarmuka air-uap. Menariknya, suatu elektrolit hanya dapat meningkatkan  sedikit tegangan permukaan; misalnya, larutan natrium hidroksida 10% akan  mempunyai nilai tegangan permukaan sekitar 78 mN/m, sedangkan surfaktan


(29)

dapat menurunkan tegangan permukaan air sebesar 50% atau lebih. Tingkat  ketidakseimbangan dari gaya-gaya pada permukaan menentukan nilai tegangan  permukaan. Jika fase uap digantikan dengan pelarut nonpolar, seperti oktana,  tegangan antarmuka akan tereduksi menjadi 52 mN/m; jika fase uap digantikan  dengan pelarut polar seperti 1-oktanol, tegangan antarmuka akan tereduksi hingga  serendah 8,5 mN/m (Myers 2006). 

Surfaktan  dapat  diserap  pada  permukaan  atau  antarmuka  dengan  bagian  hidrofiliknya berorientasi pada fase encer dan bagian hidrofobiknya berorientasi  pada  uap  atau  fase  yang kurang polar;  perubahan  sifat  molekul-molekul  yang  menempati   permukaan   secara   signifikan   mengurangi   tegangan   permukaan.  Berbagai jenis surfaktan memiliki kemampuan yang berbeda untuk mengurangi  tegangan permukaan atau antarmuka karena struktur kimia yang berbeda. Oleh  karena itu tegangan permukaan larutan surfaktan merupakan salah satu sifat fisik  yang paling umum dari larutan tersebut yang digunakan untuk mengkarakterisasi  sifat-sifat surfaktan. 

   

2.2.2  Stabilitas Emulsi   

Telah   diketahui   dengan   baik   bahwa   peran   pengemulsi   adalah   untuk  menurunkan tegangan antarmuka antara fase minyak dan air dengan membentuk  lapisan  antarmuka  kohesif  secara  mekanik  disekitar  globula  fase  terdispersi  sehingga   membantu   dalam   fragmentasi   globula   selama   emulsifikasi   dan  mencegah   terbentuknya   koalesensi   (Rousseau   2000).   Selama   emulsifikasi,  stabilitas globula sementara (transient) merupakan hal penting untuk mengurangi  koalesensi kembali selama proses,  yang pada gilirannya menentukan distribusi  ukuran globula akhir. 

Secara alami, kebanyakan emulsi tidak stabil secara termodinamika; yaitu,  emulsi cenderung terpisah menjadi dua fase  yang berbeda atau lapisan seiring  berjalannya waktu karena luas antarmuka tinggi. Oleh karena itu, karakteristik  emulsi (distribusi ukuran globula, ukuran globula rata-rata dan properti-properti  lainnya)  juga  akan  berubah  dengan  waktu.  Stabilitas  emulsi  dicirikan  dengan  perilaku parameter dasarnya yang tergantung waktu. Stabilitas emulsi ini penting


(30)

 

11      dalam memahami pembentukan emulsi, karena stabilitas adalah tujuan akhir atau  ukuran dari seluruh proses (Fingas & Fieldhouse, 2004). 

Ada  lima  mekanisme  utama  yang  dapat  berkontribusi  terhadap  ketidakstabilan emulsi: (1) creaming dan sedimentasi; (2) flokulasi; (3) Oswald  ripening; (4) koalesensi; dan (5) inversi fase (Rousseau 2000). Idealnya semua  faktor ini perlu diminimalkan atau dicegah untuk menghasilkan suatu emulsi yang  stabil. Creaming dan sedimentasi merupakan pemisahan fase karena perbedaan  densiti  antara dua fase  pada pengaruh gravitasi.  Flokulasi  merupakan agregasi  pertikel tanpa kerusakan individualitas emulsi karena  gaya tarik menarik yang  lemah antara koloid. Flokulasi tergantung pada energi interaksi antara dua partikel  sebagai fungsi dari jarak antar partikel. Energy interaksi merupakan gabungan  gaya   tarik   menarik   dan   gaya   tolak   menolak.   Selama   flokulasi,   partikel  mempertahankan  integritas  strukturalnya  (McClements  &  Demetriades  1998).  Ostwald ripening adalah pertumbuhan globula-globula yang lebih besar dengan  mengorbankan globula-globula yang lebih kecil dan berhubungan dengan gradien  kelarutan yang terdapat antara globula-globula kecil dan besar (Rousseau 2000).  Selama koalesensi, dua globula yang berbenturan akan membentuk satu globula  yang  lebih  besar.  Koalesensi  bisa  sempurna  ketika  globula  adalah  cairan  atau  sebagian   jika   globula   berisi   material   kristal.   Koalesensi   sebagian   dapat  menyebabkan inverse fase, dimana emulsi minyak dalam air (o/w) menjadi emulsi  air dalam minyak (w/o). 

   

2.2.3  Hydrophile-Lipophile Balance ( HLB)   

Parameter  HLB  merupakan  suatu  usaha  untuk  mengkorelasikan  secara  kuantitatif   struktur   surfaktan   dengan   aktivitas   permukaannya.   Sistem   ini  menggunakan formula-formula empiris tertentu untuk menghitung bilangan HLB,  secara normal harga yang diberikan dalam kisaran skala 0–20. Makin tinggi nilai  HLB menunjukkan surfaktan makin hidrofilik, sehingga mereka lebih larut dalam  air  dan  pada  umumnya  digunakan  sebagai  bahan  pelarut  (solubilizing  agents)  yang baik, deterjen, dan penstabil untuk emulsi O/W; surfaktan dengan nilai HLB  rendah memiliki kelarutan dalam air yang rendah, sehingga mereka digunakan  sebagai pelarut (solubilizers) air dalam minyak dan penstabil emulsi W/O yang


(31)

baik  (Myers  2006).  Pengaruh  nilai  HLB  terhadap  kinerja  dari  surfaktan  dapat  dilihat pada Tabel 1. 

   

Tabel 1  Pengaruh nilai HLB terhadap kinerja   

Rentang HLB  Dispersivitas dalam air  Aplikasi yang sesuai   

1  4  Tidak mampu mendispersi dalam  air 

3  6  Kemampuan mendispersi kurang  baik 

6  8  Dispersi seperti susu setelah  pengadukan yang sempurna  8  10  Dispersi seperti susu stabil (ujung 

atasnya hampir transparan) 

Pengemulsi W/O   

Wetting agent   

Wetting agent,  pengemulsi O/W  10  13  Transparan hingga dispersi jernih  Pengemulsi O/W 

13+  Larutan jernih  Pengemulsi O/W,  solubilizing agent   

Sumber: Davis (1994)   

 

2.3   Alkil Poliglikosida   

2.3.1  Pengembangan Alkil Poliglikosida   

Alkil poliglikosida (APG) merupakan suatu generasi baru surfaktan yang  sangat efektif yang didapatkan dari karbohidrat (Hill et al. 1997). Surfaktan ini  tingkat toksiknya rendah, aman secara ekologi dan terbuat dari bahan-bahan yang  dapat diperbarui (Böge & Tietze 1998; El-Sukkary et al. 2008; Rodriguez et al.  2005; von Rybinski & Hill 1998; Ware et al. 2007). 

Alkil  glikosida  pertama  kali  disintesis  dan  diidentifikasi  di  laboratorium  oleh Emil Fischer lebih dari 100 tahun yang lalu. Penggunaan paten pertama yang  menjelaskan pemakaian alkil glikosida dalam deterjen telah diajukan di Jerman  sekitar 40 tahun kemudian. Setelah itu banyak peneliti tertarik meneliti tentang  alkil  glikosida  dan  telah  mengembangkan  proses-proses  teknis  untuk  memproduksi alkil poliglikosida berdasarkan sintesis Fischer (Hill et al. 1997). 


(32)

 

13      Selama pengembangan ini, selain dilakukan penelitian awal Fischer yaitu  mereaksikan  glukosa  dengan  alkohol  yang  bersifat  hidrofilik  seperti  metanol,  etanol, gliserol, dan lain-lain, juga diteliti  reaksi  dengan alkohol  yang bersifat  hidrofobik  dengan  rantai  alkil  dari  oktil  (C8)  hingga  heksadecil  (C16)  yang 

merupakan  sifat  dari  alkohol  lemak.  Hasil  sintesis  yang diperoleh  bukan  alkil  monoglikosida murni, namun campuran kompleks dari alkil mono-, di-, tri, dan  oligoglikosida. Karena itu, produknya disebut alkil poliglikosida (von Rybinski &  Hill 1998). Produk alkil poliglikosida dapat dicirikan dengan panjang rantai alkil  dan derajat polimerisasi (Gambar 2). 

       

R   = gugus alkil (fatty) 

DP = derajat polimerisasi (jumlah rata-  rata unit glukosa/rantai alkil (R))   

   

Gambar 2  Rumus struktur dari alkil poliglikosida (von Rybinski & Hill 1998).   

 

2.3.2  Bahan Baku Alkil Poliglikosida   

Sumber karbohidrat 

 

Gugus   hidrofilik   dari   molekul   APG   berasal   dari   karbohidrat.   Baik  karbohidrat polimerik dan monomerik cocok sebagai bahan untuk produksi APG.  Karbohidrat polimerik meliputi, misalnya, pati (dari jagung, gandum atau sagu)  atau  sirup  glukosa  dengan  tingkat  degradasi  rendah,  sedangkan  karbohidrat  monomerik dapat dari berbagai bentuk dimana glukosa tersedia, misalnya glukosa  bebas-air, monohidrat glukosa (dekstrosa) atau highly degraded glucose syrup.  Pemilihan bahan baku tidak hanya mempengaruhi biaya bahan baku, tetapi juga  biaya produksi (Balzer & Lüders 2000; Hill et al. 1997). 

Pati adalah polisakarida yang tersusun dari unit D-glukosa dan merupakan  suatu bahan baku yang potensial dalam sintesis APG, karena pati lebih mudah  didperoleh dan harganya relatif murah dibandingkan dengan D-glukosa. Namun,  alkoholisis  pati  menjadi  alkil  glikosida  membutuhkan  kondisi  yang jauh  lebih


(33)

drastik   daripada   glikosidasi   D-glukosa   atau   transglikosidasi   alkil   glikosida  sederhana. 

   

Pati Sagu   

Sagu  (Metroxylon  sagu  Rottb.)  merupakan  tanaman  penghasil  pati  yang 

sangat potensial di masa yang akan datang. Tanaman sagu banyak tumbuh secara  alami di Papua dan Maluku yang dimanfaatkan oleh sebagian besar penduduk  sebagai makanan sehari-hari (Limbongan 2007). Pati sagu, selain sebagai bahan  pangan juga banyak digunakan sebagai bahan baku pada industri kosmetik, kertas,  dan plastik yang mudah diurai. 

Sampai saat ini sebagian besar sagu dunia dihasilkan dari perkebunan rakyat  yang dikerjakan secara tradisional atau dibudidayakan secara semi-liar. Indonesia  adalah pemilik areal sagu terbesar, dengan luas areal 1.128 juta ha atau 51,3% dari  2.201 juta ha areal sagu dunia, disusul oleh Papua New Guinea (43,3%) (Timisela  2008).   Namun   dari   segi   pemanfaatannya,   Indonesia   masih   jauh   tertinggal  dibandingkan dengan Malaysia dan Thailand yang masing-masing hanya memiliki  areal  1,5%  dan  0,2%  (Abner  &  Miftahorrahman  2002  dalam  Timisela  2008).  Diperkirakan 90% areal sagu Indonesia berada di Papua dan Maluku (Lakuy &  Limbongan 2003 dalam Limbongan 2007). 

Areal  sagu  seluas  ini  belum  di  eksploitasi  secara  maksimal  sebagai  penghasil  tepung  sagu  untuk  bahan  kebutuhan  lokal  (pangan)  maupun  untuk  komoditi ekspor. Sangat rendahnya pemanfaatan areal sagu yang hanya sekitar  0,1% dari total areal sagu nasional disebabkan oleh kurangnya minat masyarakat  dalam  mengelola  sagu,  rendahnya  kemampuan  dalam  mengolah  tepung  sagu  menjadi  bentuk-bentuk  produk  lanjutannya,  kondisi  geografis  dimana  habitat  tanaman  sagu  umumnya  berada  pada  daerah  marginal/rawa-rawa  yang  sukar  dijangkau, serta adanya kecenderungan masyarakat menilai bahwa pangan sagu  adalah tidak superior seperti halnya beras dan beberapa komoditas karbohidrat  lainnya. 

Tepung sagu merupakan hasil ekstraksi inti batang sagu (Metroxylon sp.)  yang  juga  hampir  seluruh  bagiannya  mengandung  pati.  Kandungan  pati  sagu  sekitar 84% sehingga sagu mampu menghasilkan pati kering hingga 25 ton per ha.


(34)

 

15      Menurut Samad (2002),  sagu Indonesia memiliki kadar pati yang lebih baik  dibanding  Malaysia.  Bahkan,  beberapa  varietas  sagu  asal  Kendari  (Sulawesi  Tenggara) dan Bukit Tinggi (Sumatera Barat) mampu memproduksi pati lebih  dari 300 kilogram per pohon. Produksi sagu saat ini mencapai 200 ribu ton per  tahun, Usia tanaman sagu ini sekitar 7  10 tahun untuk bisa dipanen. Namun baru  56% saja yang dimanfaatkan dengan baik. 

Sagu mempunyai keunggulan antara lain dapat disimpan lebih lama, dapat  dipanen dan diolah tanpa mengenal musim, dan jarang terkena hama penyakit  (Bujang & Ahmad 2000 dalam Noerdin 2008). Komposisi kandungan pati sagu  dan beberapa  sumber pati lainnya per 100 g dapat dilihat pada Tabel 2. 

   

Tabel 2  Komposisi kandungan pati sagu dan beberapa  sumber pati  lainnya per  100 g 

 

Komponen  Sagu  Jagung  Tapioka 

 

Kalori (kal)  357,0  349,0  98,0 

Protein (g)  1,4  9,1  0,7 

Lemak (g)  0,2  4,2  0,1 

Karbohidrat (g)  85,9  71,7  23,7 

Air (g)  15,0  14,0  19,0 

Fe (g)  1,4  2,8  0,6 

Sumber :  www. pustaka bogor.net 2007   

 

Granula pati dapat menyerap air dan mengembang. Pengembangan granula  pati bersifat bolak balik sebelum mencapai suhu tertentu. Proses dimana granula  pati  bersifat  tidak  kembali  ke  bentuk  awal  disebut  gelatinisasi.  Suhu  dimana  larutan pati bersifat tidak kembali ke bentuk awal disebut suhu gelatinisasi. Suhu  gelatinisasi pati berbeda-beda tergantung jenis pati. Kisaran suhu gelatinisasi pati  sagu adalah 72  74oC. Kandungan amilosa dan amilopektin dari setiap jenis pati 


(35)

Tabel 3   Kandungan amilosa dan amilopektin berbagai jenis pati   

Sumber Pati  Amilosa (%)  Amilopektin (%)   

Sagu  27  73 

Jagung  28  72 

Beras  17  83 

Kentang  21  79 

Gandum  28  72 

Ubikayu  17  83 

Sumber : Swinkel dalam Herliana (2005).   

 

Alkohol lemak   

Alkohol  lemak  merupakan  turunan  dari  minyak  nabati  seperti  minyak  kelapa maupun minyak kelapa sawit yang lebih dikenal sebagai Alkohol lemak  alami sedangkan turunan dari petrokimia (parafin) dikenal sebagai Alkohol lemak  sintetik (Hill et al. 1997). 

Alkohol lemak utamanya digunakan sebagai bahan intermediates, di eropa  barat hanya 5% yang digunakan secara langsung dan kira-kira 95% dimanfaatkan  dalam bentuk turunannya. Pemanfaatan alkohol lemak untuk pembuatan surfaktan  kira-kira sebesar 70-75% (Presents 2000). Lebih dari dua per tiga atau sekitar 80%  dari  jumlah  alkohol  lemak  yang  diproduksi  digunakan  sebagai  bahan  baku  pembuatan  surfaktan.  Sebagai  bahan  baku  surfaktan  alkohol  lemak  mampu  bersaing dengan  produk  turunan  petroleum  seperti  alkilbenzena.  Selain  karena  surfaktan  yang dihasilkan bersifat lebih stabil, juga harganya lebih murah jika  dibandingkan dengan surfaktan turunan petroleum. 

Alkohol  mampu  mengadisi  ikatan  C=O  (aldehid/keton),  gugus  OR  akan  melekat  pada  karbon  dan  proton  akan  melekat  pada  oksigen.  Aldehid  dapat  bereaksi dengan alkohol membentuk hemiasetal. Sedangkan keton dapat bereaksi  dengan  alkohol  membentuk  hemiketal.  Mekanisme  pembentukan  hemiasetal/  hemiketal melibatkan tiga langkah. Pertama oksigen karbonil (C=O) diprotonasi  oleh katalis asam, kemudian oksigen alkohol menyatu dengan karbon karbonil,  dan proton dilepaskan dari oksigen positif yang dihasilkan (Hart 2003).


(36)

 

17      Alkohol lemak C12 lebih dikenal dengan nama alkohol lauril (dodekanol/dodecy  alcohol) dengan rumus  bangun C12H26O, bobot molekul  186,6 mol/g, densitas 

0,8309 dan titik didih sekitar 259oC, tidak berwarna dan tidak larut dalam air. 

   

2.3.3  Produksi Alkil Poliglikosida   

Setiap  proses  produksi  yang  cocok  untuk  digunakan  pada  skala  industri  harus  memenuhi  beberapa  kriteria.  Kemampuan  untuk  menghasilkan  produk  dengan  sifat-sifat  kinerja  yang  cocok  dalam  kondisi  teknis  yang  ekonomis  merupakan  hal  yang  paling  penting.  Beberapa  aspek  lainnya  adalah  meminimalkan  reaksi  samping,  limbah,  dan  emisi.  Teknologi  ini  harus  cukup  fleksibel  agar  memberikan  sifat-sifat  dan  kualitas  yang  disesuaikan  dengan  kebutuhan  pasar  yang  dinamis.  Sejauh  ini  proses  produksi  industri  dari  APG  adalah berdasarkan pada sintesis Fischer. Pabrik produksi modern yang dibangun  atas dasar sintesis Fischer merupakan perwujudan dari teknologi yang bebas emisi  dan rendah limbah. Keuntungan lain dari sintesis Fischer adalah bahwa rasio alkil  monoglikosida  dengan  alkil  oligoglikosida  dapat  dikontrol  dengan  tepat  pada  rentang  yang luas  dengan mengatur  jumlah  glukosa dan  alkohol  lemak  dalam  campuran reaksi (von Rybinski & Hill, 1998). 

Menurut   Eskuchen   dan   Nitsche   (1997),   proses   produksi   APG   dapat  dilakukan melalui dua prosedur yang berbeda, yaitu prosedur pertama berbasis  bahan  baku  pati  dan  alkohol  lemak  (pati-alkohol  lemak),  sedangkan  prosedur  kedua  berbasis  bahan  baku  dekstrosa  (gula  turunan  pati)  dan  alkohol  lemak  (dekstrosa-alkohol lemak). Diagram proses pembuatan APG dari masing-masing  prosedur disajikan pada Gambar 3. 

Pada diagram proses tersebut dapat dilihat perbedaan proses sintesis APG  antara tahap prosedur pertama dengan kedua. Prosedur pertama, berbasis pati-  alkohol lemak melalui proses butanolisis dan transasetalisasi, sedangkan prosedur  kedua  yang  berbasis  dekstrosa-alkohol  lemak  hanya  melalui  proses  asetalisasi  sebelum masing-masing prosedur masuk ke proses netralisasi, distilasi, pelarutan  dan pemucatan.


(37)

Pati atau  Sirup dekstrosa      Butanolisis            Butanol 

Glukosa anhidrat atau  Glukosa monohidrat 

    Transasetalisasi       

Butanol dan Air 

    Alkohol  lemak        Netralisasi      Alkohol  lemak      Asetalisasi          Air     

Distilasi  Alkohol lemak      Air      Pelarutan      Pemucatan       

Alkil Poliglikosida   

Gambar   3   Diagram   alir   sintesis   alkil   poliglikosida   berdasarkan   sumber   karbohidrat  berbeda,   sintesis   langsung   dan   transasetalisasi   (von   Rybinski   dan   Hill,  1998). 

   

Alkil poliglikosida mempunyai dua struktur kimia. Rantai hidrokarbon yang  bersifat hidrofobik (lipofilik) dan bagian molekul yang bersifat hidrofilik. Sifat  rantai yang hidrofobik disebabkan oleh rantai hidrokarbon tersebut tersusun dari  alkohol  lemak  (dodekanol/tetradodekanol).  Sedangkan,  bagian  molekul  yang  bersifat  hidrofilik  dari  APG  disebabkan  bagian  tersebut  tersusun  dari  molekul  glukosa yang berasal dari pati. 

Proses   produksi   APG   melalui   proses   asetalisasi   dilakukan   dengan  mereaksikan glukosa dan alkohol lemak dengan perbandingan tertentu dan dengan  katalis asam p-toluena sulfonat (pTSA) untuk menghasilkan alkil poliglikosida.  Reaksinya  dapat  dilihat  pada  Gambar  4.  Kondisi  reaksi  diatur  pada  suhu  100  120°C selama 3  4 jam pada tekanan 15  25 mmHg. Setelah itu, campuran 


(38)

 

19      bahan dilakukan netralisasi sampai pH 8  10 dengan menggunakan NaOH 50%  pada suhu 80°C. Setelah tahap tersebut akan terbentuk APG kasar yang masih  bercampur  dengan  residu  (air  +  alkohol  lemak)  yang  tidak  bereaksi  sehingga  dilakukan pemisahan dengan menggunakan distilasi vakum untuk mengeluarkan  residu. Pemisahan alkohol lemak dilakukan pada suhu 160  200°C dan tekanan 15  mmHg. Tahap akhir adalah pemucatan untuk memperoleh APG murni pada suhu  50  100°C kurang lebih selama 2 jam. 

       

dodekanol  [katalis asam]   

glukosa                         

dodesil poliglikosida   

   

Gambar 4  Sintesis APG satu tahap (von Rybinski dan Hill, 1998).   

Proses sintesis APG dua tahap adalah dengan menggunakan pati (misal pati  sagu) atau hasil degradasi pati seperti poliglukosa atau sirup glukosa dan alkohol  rantai pendek. Tahapan proses sintesa APG dengan dua tahap meliputi tahap dasar  berikut ini: 

   

Reaksi Butanolisis   

Reaksi  butanolisis  merupakan  reaksi  antara  sumber  pati  dengan  menggunakan  katalis  asam  dengan  butanol  untuk  membentuk  produk  butil  glikosida. Reaksi butanolisis ini berlangsung selama 30 menit pada suhu 148oC


(39)

dan tekanan 5 bar. Wuest et al. (1992) telah melakukan proses butanolisis dengan  rasio mol 8 mol air; 8,5 mol butanol; dan 0,036 mol pTSA per satu mol pati.  Dengan suhu 140oC selama 30 menit dengan tekanan 5 bar. Penggunaan suhu dan 

konsentrasi asam yang rendah mengakibatkan penurunan konversi produk butil  glikosida yang dihasilkan. 

 

Reaksi Transasetalisasi   

Alkil   poliglikosida   merupakan   suatu   asetal   yang   diperoleh   dari   pati  (glukosa)  dan  alkohol  rantai  panjang  (C8–C22),  sehingga  proses  pengikatan 

glukosa  siklis  terhadap  alkohol  sering  disebut  reaksi  asetalisasi  (Wuest  et  al.  1992). Salah satu proses asetalisasi bisa melalui glikosidasi (pembentukan ikatan  glikosida)   glukosa   dengan   menggunakan   alkohol   berlebih   sehingga   proses  asetalisasi pada sintesis APG sering juga disebut glikosidasi. 

Produk akhir proses butanolisis (butil glikosida) direaksikan dengan alkohol  rantai panjang (C8-C22) dengan katalisator asam  yang jumlahnya 25  50% dari 

berat katalis pertama membentuk alkil poliglikosida. Reaksi transasetalisasi ini  berlangsung pada suhu 120oC dan tekanan vakum (-76 cm Hg) selama 120 menit. 

Pada tahap ini butanol berlebih yang tidak bereaksi dan air dikeluarkan. Reaksi  butanolisis dan transasetalisasi dapat dilihat pada Gambar 5. 

   

Netralisasi   

Tahapan  netralisasi  ini  bertujuan  untuk  menghentikan  proses  asetalisasi/  transasetalisasi dengan menambahkan basa hingga tercapai suasana basa yaitu pH  sekitar 8  10.  Basa  yang dapat  digunakan  untuk proses  netralisasi  ini  meliputi  alkali metal, aluminium salt selain itu juga dapat dari anion dari basa organik  maupun  inorganik  seperti  sodium  hidroksida  (NaOH),  potasium  hidroksida,  kalsium hidroksida, alumunium hidroksida dan sebagainya (Wuest et al., 1992).  Penggunaan larutan NaOH sangat dianjurkan karena NaOH tidak bereaksi  dengan alkohol atau produk. Selain proses penambahan akan lebih mudah karena  berbentuk  larutan  dan  tidak  memerlukan  penyaringan  untuk  menghilangkan  garam  yang   terbentuk  (Wuest et  al, 1992).  Proses  netralisasi  juga  diperlukan


(40)

 

21        butanol 

[katalis asam]   

   

pati            butil oligoglikosida 

(intermediate)   

dodekanol  [katalis asam]   

          dodesil poliglikosida 

   

Gambar 5  Proses sintesis APG dua tahap (von Rybinski dan Hill, 1998).   

 

karena  sakarida  akan  lebih  mudah  rusak  dalam  keadaan  asam  selama  proses  destilasi yang menggunakan suhu yang tinggi. 

Untuk  memastikan  bahwa  kadar  glukosa  tersisa  tidak  akan  bereaksi  menghasilkan produk yang tidak diinginkan pada saat distilasi menggunakan suhu  tinggi, maka pada larutan dapat ditambahkan natrium borohidrat (NaBH4) yang 

dapat mengubah glukosa menjadi sorbitol. Diperlukan 1 g NaBH4 untuk setiap 

10  20 g glukosa yang berlebih. Sorbitol lebih tahan terhadap kondisi asam dan  suhu tinggi, sehingga diharapkan tidak terjadi  perubahan warna selama  proses  distilasi (McCurry 2000). Luders (2000), mereduksi sisa glukosa menjadi sorbitol  dengan  menambahkan  0,1%  sodium  borohidrat  dan  memisahkan  sisa  alkohol  lemak pada suhu 180  OC, dan hasil  yang diperoleh yaitu APG yang memiliki 

warna  yang  lebih  terang  dibandingkan  tanpa  penambahan  sodium  borohidrat.  Lueders (1991), melakukan penambahan arang aktif 1–10% sebelum dan sesudah


(41)

proses destilasi dan diperoleh APG yang lebih cerah pada penambahan sebelum  proses distilasi. 

   

Distilasi   

Tahapan distilasi ini bertujuan untuk menghilangkan alkohol lemak yang  tidak bereaksi dari produk APG. Proses distilasi dapat dilakukan pada interval  suhu sekitar 140  180oC dengan tekanan vakum tergantung alkohol lemak yang 

digunakan yaitu semakin panjang rantai maka semakin tinggi suhu dan semakin  rendah tekanan yang dibutuhkan. Dalam proses ini diperlukan suhu tinggi dan  tekanan rendah untuk dapat menguapkan alkohol lemak yang tidak bereaksi. 

Pada tahapan distilasi diharapkan dapat menguapkan alkohol lemak secara  maksimal  untuk  memperoleh  produk  APG  dengan  kandungan  alkohol  lemak  kurang dari  5% dari  berat  produk. Kelebihan alkohol  lemak  akan mengurangi  efektivitas kerja dari surfaktan APG. Hasil akhir proses distilasi akan diperoleh  APG  kasar  berbentuk  pasta  yang  berwarna  coklat  kehitaman.  Untuk  itu  perlu  dilakukan pemucatan untuk memperoleh APG yang memiliki penampakan yang  lebih baik dan bau yang tidak terlalu menyengat. 

   

Pemucatan   

Bahan  pemucat  (bleaching  agents)  merupakan  suatu  bahan  yang  dapat  memucatkan  atau  memudarkan  warna  suatu  substrat  melalui  proses  fisika  dan  kimia.  Proses  ini  melibatkan  proses  oksidasi,  reduksi,  atau  adsorpsi  yang  membuat  bagian-bagian  yang  berwarna  pada  substrat  menjadi  lebih  larut  atau  diserap sehingga mudah dihilangkan selama proses pemucatan. Pemucatan dapat  juga  melibatkan  proses  kimia  yang  mengubah  kemampuan  bagian  molekul  berwarna untuk menyerap cahaya, yaitu dengan mengubah derajat ketidakjenuhan  (Kirk & Othmer 1985). 

Bahan  kimia  yang  berfungsi  sebagai  pemucat/pemutih  disebut  bleaching  agents,  seperti  hidrogen  peroksida,  ammonium  persulfat,  azodicarbonamide,  CaSO4, TiO2, dll. Dalam penggunaannya, efek pemutihan yang cukup baik hanya 

diperoleh dengan menggunakan pelarut hidrogen peroksida (H2O2) yang cukup 


(42)

 

23      Salah satu keunggulan hidrogen peroksida dibandingkan dengan oksidator  yang lainnya adalah sifatnya yang ramah lingkungan karena tidak meninggalkan  residu yang berbahaya. Kekuatan oksidatornya pun dapat diatur sesuai dengan  kebutuhan.   Dalam   industri   APG   hidrogen   peroksida   dibutuhkan   dengan  konsentrasi 30% (Buchanan et al. 1998). Penggunaan hidrogen peroksida biasa  dikombinasikan dengan NaOH. Semakin basa, maka laju dekomposisi hidrogen  peroksida pun semakin tinggi. 

Proses pemucatan dilakukan sebagai tahap akhir proses APG yang bertujuan  untuk  membuat  penampakan  dan  bau   yang  lebih  baik.  Proses  pemucatan  dilakukan dengan menambahkan larutan H2O2 dan MgO ditambah air dan NaOH 

hingga diperoleh produk dengan pH 8  10 (Hill et al., 1996). Proses pemucatan  dilakukan pada suhu 80-90oC. 

   

2.4   Studi Pustaka Sintesis Alkil Poliglikosida   

El-Sukkary  et  al.  (2008)  telah  mensistesis  dan  mengkarakterisasi  APG  menggunakan alkohol lemak dan glukosa. Mereka memvariasikan panjang rantai  alkil  untuk  menghasilkan  APG,  yaitu  C8,  C9,  C10,  C12  dan  C14.  Mereka  juga 

mengamati pengaruh suhu terhadap tegangan permukaan dan tegangan antarmuka.  Tegangan permukaan larutan berkurang dengan bertambahnya konsentrasi APG  hingga   konsentrasi   tertentu,   diluar   konsentrasi   tersebut   tidak   terjadi   lagi  penurunan   tegangan   permukaan.   Konsentrasi   ini   disebut   critical   micelle  concentration (CMC). Peningkatan suhu larutan akan menyebabkan penurunan  energi  bebas  pada  batas  udara-cairan,  sehingga  menurunkan  harga  tegangan  permukaan.   Hal   ini   berlaku   untuk   konsentrasi   APG   rendah,   namun   pada  konsentrasi APG tinggi pengaruh suhu tidak signifikan. Didapatkan juga bahwa  meningkatnya panjang rantai karbon hidrofilik akan menyebabkan peningkatan  gaya  repulsi  karena  perbedaan  polaritasnya,  ini  akan  menghasilkan  penurunan  harga tegangan permukaan. Hasil serupa juga terjadi pada tegangan antarmuka,  yaitu  meningkatnya  panjang  rantai  alkil  akan  menurunkan  harga  tegangan  antarmuka. Pada umumnya, daya emulsifikasi tergantung pada panjang dan sifat  bagian  hidrofobik  dari  surfaktan  yang  digunakan.  Dari  data  yang  diperoleh


(1)

(2)

piran 10  Desain reaktor sintesis APG skala 10 L

 


(3)

        138     

Lampiran 11  Data karakteristik APG pada skala 10 L   

1)  Hasil analisis FTIR dari APG-K dan APG-G                                              APG-K                                     

C  O  C    O  H 

   


(4)

       

139      2)  Tegangan permukaan air dengan adanya APG dari pati sagu 

 

Konsentrasi APG 

(% b/v) 

 

Tegangan Permukaan (mN/m) 

APG skala 10 L       APG skala 0,5 L 

0,1  27,50  28,10 

0,2  26,75  25,87 

0,3  26,50  25,27 

0,4  26,38  25,00 

0,5  26,08  25,10 

0,6  25,87  24,87 

0,7  25,80  24,73 

0,8  25,70  24,37 

0,9  25,67  24,23 

1,0  25,58  24,20 

     

3)  Tegangan antarmuka air-xilena dengan adanya APG dari pati sagu   

Konsentrasi APG 

(% b/v) 

 

Tegangan antarmuka (mN/m) 

APG skala 10 L       APG skala 0,5 L 

0,1  11,10  11,23 

0,2  10,50  9,43 

0,3  9,85  8,70 


(5)

 

cashflow

 

APG

Tahun 1  Tahun 2  Tahun 3  Tahun 4  Tahun 5  Tahun 6  Tahun 7  Tah

927  0  0  0 0 231,000,000 0 0

       

1,632,637,200  6,112,176,474  5,800,638,619 5,483,290,364 5,165,942,109 4,848,593,854 4,531,245,599 4,213 20,929,734,167  10,641,319,838  11,823,688,709 11,823,688,709 11,823,688,709 11,823,688,709 11,823,688,709 11,823

22,562,371,367  16,753,496,312  17,624,327,328 17,306,979,073 16,989,630,818 16,672,282,563 16,354,934,308 16,037

23,086,080,00 0

25,971,840,00 0

28,857,600,00 0

28,857,600,00 0

75,006,110,00 0

28,857,600,00 0

28,857,600,00 0

28,85 0 523,708,633  9,218,343,688  11,233,272,672 11,550,620,927 58,016,479,182 12,185,317,437 12,502,665,692 12,820

78,556,295  1,382,751,553  1,684,990,901 1,732,593,139 8,702,471,877 1,827,797,616 1,875,399,854 1,923 927  445,152,338  7,835,592,135  9,548,281,771 9,818,027,788 49,314,007,305 10,357,519,822 10,627,265,839 10,897 17,479,196,720  10,354,799,952  9,827,015,426 9,289,387,347 6,132,674,471 8,214,131,188 7,676,503,109 7,138

582,640  345,160  327,567 309,646 291,725 273,804 255,883

0000  0.8475  0.7182  0.6086 0.5158 0.4371 0.3704 0.3139

       

827        

0  19,564,474,576  18,652,571,100  17,563,626,271 14,884,429,044 32,785,861,955 10,689,765,185 9,059,123,038 7,677 927  19,120,653,701  12,032,100,196  10,726,709,722 8,926,747,268 7,426,324,211 6,175,939,291 5,134,223,296 4,266

1.34        

48%        


(6)

un 0  Tahun 1  Tahun 2  Tahun 3  Tahun 4  Tahun 5  Tahun 6  Tahun 7  Tahu

       

,800,000  0  0  0 0 231,000,000 0  0

887,927  0  0  0 0 0 0  0

5,687,92 0  0  0 0 231,000,00

0

0  0

     

       

43,680,000  49,140,000  54,600,000 54,600,000 54,600,000 54,600,000  54,600,000 54, 2,803,200  3,153,600  3,504,000 3,504,000 3,504,000 3,504,000  3,504,000 3, 685,542,000  685,542,000  685,542,000 685,542,000 685,542,000 685,542,000  685,542,000 685, 42,612,000  42,612,000  42,612,000 42,612,000 42,612,000 42,612,000  42,612,000 42, 858,000,000  858,000,000  858,000,000 858,000,000 858,000,000 858,000,000  858,000,000 858, 0  4,473,728,874  4,156,380,619 3,839,032,364 3,521,684,109 3,204,335,854  2,886,987,599 2,569, 1,632,637,20 0 6,112,176,47 4 5,800,638,61 9 5,483,290,36 4 5,165,942,10 9 4,848,593,85 4 4,531,245,59 9 4,213 4              

20,915,334,167  10,625,119,838  11,805,688,709 11,805,688,709 11,805,688,709 11,805,688,709  11,805,688,709 11,805, 14,400,000  16,200,000  18,000,000 18,000,000 18,000,000 18,000,000  18,000,000 18, 20,929,734,16 7 10,641,319,83 8 11,823,688,70 9 11,823,688,70 9 11,823,688,70 9 11,823,688,70 9 11,823,688,70 9 11,823 9 22,562,371,36 7 16,753,496,31 2 17,624,327,32 8 17,306,979,07 3 17,220,630,81 8 16,672,282,56 3 16,354,934,30 8 16,037 2        

23,086,080,000  25,971,840,000  28,857,600,000 28,857,600,000 74,944,620,000 28,857,600,000  28,857,600,000 28,857,

0  0  0 0 61,490,000 0  0

23,086,080,00 0 25,971,840,00 0 28,857,600,00 0 28,857,600,00 0 75,006,110,00 0 28,857,600,00 0 28,857,600,00 0 28,857 0      

523,708,633  9,218,343,688  11,233,272,672  11,550,620,927  57,785,479,182  12,185,317,437  12,502,665,692  12,820,0 78,556,295  1,382,751,553  1,684,990,901 1,732,593,139 8,667,821,877 1,827,797,616  1,875,399,854 1,923, 687,927  445,152,338  7,835,592,135  9,548,281,771 9,818,027,788 49,117,657,305 10,357,519,822  10,627,265,839 10,897,