Asap Cair TINJAUAN PUSTAKA

4

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Asap Cair

2.1.1. Karateristik asap cair Asap cair merupakan hasil kondensasi asap pada proses pembakaranpirolisis dari kayu atau bahan-bahan yang banyak mengandung karbon serta senyawa-senyawa lain seperti selulosa, hemiselulosa dan lignin. Asap cair dihasilkan dari proses kondensasi asap baik berasal dari tumbuhan, hewan maupun barang tambang yang menghasilkan arang karbon dan asap Paris and Zikler, 2005. Menurut Demirbas 2005 proses pirolisis dapat berlangsung pada suhu diatas 300 o C dalam waktu 4-7 jam. Proses pirolisis melibatkan berbagai proses reaksi yaitu dekomposisi, oksidasi, polimerisasi, dan kondensasi. Reaksi-reaksi yang terjadi selama pirolisis kayu adalah hilangnya air dalam kayu pada suhu 120-150 o C, pirolisis hemiselulosa pada suhu 200-250 o C, pirolisis selulosa pada suhu 280-320 o C, pirolisis lignin pada suhu 400 o C dan pada suhu yang lebih tinggi akan terjadi reaksi kondensasi pembentukan senyawa baru dan oksidasi produk kondensasi diikuti kenaikan linier senyawa tar dan hydrokarbon polisiklis aromatis Girrar, 1992. Menurut Maga 1988 komposisi kimia asap cair adalah sebagai berikut: air 11-92, fenol 0.22-2.99, asam 2.8-4.5, karbonil 2.6-4.6 dan tar 1-17. Hemiselulosa adalah komponen kayu yang mengalami pirolisis paling awal menghasilkan furfural, furan, asam asetat dan homolognya. Hemiselulosa tersusun atas pentosan C 5 H 8 O 4 dan heksosan C 5 H 10 O 5 dan rata-rata proporsi ini tergantung pada jenis kayu. Pirolisis dari pentosan membentuk furfural, furan dan turunannya beserta suatu seri yang panjang dari asam karboksilat. Bersama-sama dengan selulosa, pirolisis heksosan membentuk asam asetat dan homolognya. Pirolisis lignin menghasilkan senyawa fenol dan eter fenolik seperti guaiakol 2-metoksiphenol bersama dengan homolognya. Pirolisis selulosa menghasilkan asam asetat dan senyawa karbonil seperti asetaldehid, glikosal, dan akreolin. Fungsi asap cair adalah sebagai bahan pengawet yang memiliki kandungan senyawa fenol dan asam yang berperan sebagai antibakteri dan antioksidan 5 Darmadji, 2002. Zat-zat yang ada di dalam asap cair berperan sebagai antimikrobial adalah senyawa fenol dan asam asetat, yang peranannya semakin meningkat bila kedua senyawa tersebut bersama-sama Darmadji, 1995. Pszczola 1995 menyatakan bahwa dua senyawa utama dalam asap cair yang diketahui mempunyai efek bakterisidalbakteriostatik adalah fenol dan asam-asam organik. Asap cair diproduksi dengan cara tempurung kelapa dibakar dalam suatu wadah yang tahan terhadap tekanan. Media pendingin yang digunakan pada kondensor adalah air yang dialirkan melalui pipa inlet yang keluar dari hasil pembakaran tidak sempurna kemudian dialirkan melewati kondensor dan dikondensasikan menjadi asap cair. Perbedaan jumlah rendemen asap cair disebabkan tingginya kandungan air dalam bahan baku dan panjangnya kondensor yang digunakan. Semakin tinggi kandungan kadar air dalam bahan baku maka semakin tinggi pula jumlah rendemen asap cair yang dihasilkan dan semakin panjang kondensor maka kemungkinan mengkondensikan asap akan lebih optimal. Hal ini dikarenakan asap bergerak lebih lama dalam kondensor dan asap hasil pembakaran bahan baku mengalami proses kondensasi sehingga rendemen asap cair yang dihasilkan juga semakin banyak Henendyo, 2005. Asap cair merupakan suatu campuran yang sangat komplek terdiri dari senyawa-senyawa hidrokarbon, yaitu senyawa yang mengandung hidrogen dan karbon, berupa cairan kental berwarna coklat tua sampai hitam dan memiliki berat jenis lebih besar dari pada air. Adapun senyawa-senyawa yang terkandung dalam asap cair dalam jumlah besar antara lain adalah asam asetat, asam format, metil alkohol, aseton dan metil asetat dan fenol Hartoyo dan Nurhayati, 1977. Adanya senyawa asam-asam kayu dan senyawa fenol asap cair dapat dimanfaatkan sebagai bahan pelunak softener, campuran pembuatan ban, disinfektan, sebagai bahan perekat dan lebih lanjut dapat digunakan sebagai bahan pengawet kayu. Penggunaan lain asap cair sebagai bahan pengawet sejak tahun 1980 adalah sebagai bahan pengawet daging babi, industri makanan, industri kesehatan, pupuk tanaman, bioinsektisida, pestisida, herbisida, disinfektan Hendra, 1992. 6 2.1.2. Komponen asap cair Hasil dari pengolahan kelapa akan memberikan dampak negatif bagi lingkungan jika tidak ditangani dengan baik. Timbulnya asap dari pengolahan kelapa dapat diminimalisasi dengan memanfaatkan bahan baku asap dari tempurung kelapa untuk menghasilkan asap cair sehingga dalam produksi pembuatan arang tidak ada limbah yang dihasilkan zero waste. Gani 2007 mengidentifiksi komponen asap cair dari asap sampah organik dengan ekstraksi bertahap diperoleh 61 senyawa dengan dua senyawa dominan yaitu 1,1-dimetyl hidrasin 8.98 dan 2,6-dimethoxyphenol 8.68. Diantara 61 senyawa yang teridentifikasi terdapat 17 senyawa 27.9 golongan keton, 14 senyawa 23 golongan fenolik, 8 senyawa 13 golongan asam karboksilat, 7 senyawa 11.5 golongan alkohol, 4 senyawa 6.6 golongan ester, 3 senyawa 4.9 golongan aldehid dan senyawa lainnya 1.6. Dari data hasil tersebut terlihat bahwa senyawa utama asap cair terdiri dari golongan fenolik dan asam. Kualitas dan kuantitas unsur kimia pada umumnya tergantung pada jenis bahan pengasap yang digunakan. Bahan pengasap yang digunakan seperti jenis kayu yang dibakar menentukan komposisi dari asap yang dihasilkan. Kayu keras seperti tempurung kelapa banyak terbentuk asap karena proses pembakarannya lambat. Penggunaan beberapa jenis kayu keras pada proses pengawetan dengan persyaratan memiliki beberapa fungsional, yaitu sifat antimikrobial dan antioksidan yang berbeda-beda tergantung pada kandungan selulosa, hemiselulosa dan lignin pada masing-masing kayu Tranggono et al. 1996. Dalam penelitian Tranggono 1996 diketahui bahwa asap cair tempurung kelapa memiliki 7 komponen dominan yaitu fenol, 3-metil-1,2-siklopentadion, 2- metoksiphenol, 2-metoksi-4-metilphenol, 4-etil-2-metoksiphenol, 2,6- dimetoksiphenol, dan 2,5-dimetoksi benzil alkohol, yang larut dalam eter. Gumanti 2006 mendapatkan data kandungan senyawa kimia dalam asap cair yaitu fenol sebesar 5.5 methyl alkoholnya sebesar 0.37 dan total asam sebesar 7.1. Yulistiani 1997 mendapatkan data bahwa kandungan fenol dalam asap cair tempurung kelapa sebesar 1.28 bahwa asap cair yang bersumber dari tempurung 7 kelapa memiliki efek antimikrobia yang lebih tinggi dibandingkan sumber kayu lainnya. Hal tersebut terkait dengan pH asap cair dari tempurung kelapa memiliki pH 2.05 paling rendah dibandingkan sumber jenis asap lain seperti: kayu jati, bangkirai, kruing, lamtoro, mahoni, kamfer dan glugu. Berdasarkan hasil penelitian terdahulu perbandingan hasil pengukuran kandungan fenol asap cair tempurung kelapa berbeda-beda, hal ini kemungkinan besar disebabkan oleh kadungan zat-zat yang mudah terbakar yang terdapat pada bahan baku tempurung kelapa seperti selulosa, hemiselulosa, lignin, resin, protein dan abu Daun, 1979. Secara khusus Daun 1979 menyebutkan bahwa perbedaan kandungan fenol sangat ditentukan oleh banyaknya lignin yang terkandung dalam asap cair. Semakin tinggi kandungan lignin dalam bahan baku maka kandungan fenol dalam asap cair semakin besar. Menurut Slamet et al. 2007 komponen volatil asap cair tempurung kelapa dengan menggunakan GCMS tersaji pada Tabel 1. Tabel 1. Komponen volatil asap cair tempurung kelapa Komponen kimia asap cair Jumlah Pyrogallol 1,3-dimethl ether 15.64 2-Methoxy-p-cresol 11.53 Pyrogallol trimethyl ether 8.65 p-Ethylguaicol 6.58 3,4,5-Trimethoxyloluene 5.60 2-Propanone, 1-4-hdroxy-3-methoxyphenyl 4.55 Desaspidiol, 4.25 3-Methoxy-pyrocatechol, 3.86 Methylparaben 3.49 Guaethol 3.34 Acetovanillone 2.66 4-Ethoxy-3-metoxytoluene 1.90 Vanillin 1.71 Homopyrocatechol 1.60 8 Lanjutan tabel 1. Komponen kimia asap cair Jumlah m-Xylenol 1.50 p-Ethylphenol 1.36 Syringilaldehyde 1.34 Hydrangine 1.32 2,4-Hexadienediocic acid, 3-methyl-4-prophyl- dimethyl ester 1.28 3-Ethyl-2-hydroxy-2-cyclopenten-1-one 1.27 Acetosyringone 1.27 3,4-dihydroxy-L-Phenylalanine 1.19 P-Anisic acid 1.16 2-Ethyl phenol 1.60 Metyl p-hydroxybenzoate 0.95 p-Metoxycinnamic acid 0.90 Propano 3-methoxy-4-hydroxypenone 0.93 o-Acetylphenol 0.92 Methoxyeugenol 0.91 4-Methoxy-3-methylphenol 0.84 Paraben 0.76 2,3-Dimethoxytoluene 0.75 Homovanillic acid 0.70 n-Hexatriacontane 0.66 p-Xylenol 0.65 rans-Isoeugenol 0.62 2,6-dimethoxyphenol 0.58 1,3,5-Xylenol 0.52 Benzoic acid 0.35 2-Cyclopentene-1-one 0.33 Asarone 0.30 o-Guaiacol 0.24 Sumber: Slamet et al. 2007 9 Dari hasil spektra kromatografi gas, senyawa dominan dari asap cair tempurung kelapa adalah senyawa-senyawa fenolik. Senyawa fenolik termasuk di dalam grup hidroksil yang gugus fungsinya dihubungkan dengan cincin aromatik dengan satu atau lebih gugus hidroksil. Fenol lebih bersifat asam dari alkali karena gugus fenol bersifat menarik elektron sehingga banyak digunakan dalam industri farmasi, kosmetik dan makanan karena aktifitas biologi yang dimilikinya sebagai antioksidan, antimikroba dan antimutagenesis Asikin et al. 1986. Menurut Ahmad et al. 1980 Senyawa fenol mempunyai sifat dapat mematikan semua jenis sel, oleh karena itu sering digunakan sebagai desinfektan. Sebagai antimikrobia dapat dimanfaatkan sebagai senyawa yang dapat membunuh dan menghambat pertumbuhan mikroorganisme yang bersifat patogen. Sebagai antioksidan, senyawa fenol polifenol berperan dalam manangkap radikal bebas penyebab peroksidasi lipid dalam bahan pangan. Karakteristik senyawa fenol disajikan pada Tabel 2. Tabel 2. Karakteristik senyawa fenol Karakteristik Nilai Berat molekul 94.11 Kerapatan gml 1.0576 Indeks refraksi 1.5418 Titik cair ºC 40.9 Titik didih ºC 181.8 Titik asap ºC 79.0 Sumber: Dean 1987 Fenol memilki sifat mudah larut dalam air karena paling sering berada dalam bentuk senyawa glukosida yang terdapat dalam rongga sel, alkohol, benzena, nafthalena, dan berbagai pelarut organik. Senyawa fenol dengan titik didih tinggi disebabkan karena gugus hidroksil dari fenolik berperan dalam ikatan hidrogen antar molekul yang dapat digunakan sebagai pengawet. Senyawa ini dapat larut sempurna dalam alkohol, ester, gliserol, kloroform dan pelarut organik. 10 Alkohol dan asam-asam yang terdapat pada struktur kayu berasal dari dekomposisi selulosa, hemiselulosa pada temperatur yang lebih rendah dari pada lignin. Dekomposisi lignin terjadi pada temperatur 300 o C sampai suhu 450 o C dan menghasilkan substansi fenolik dan tar Girrard, 1992. Komponen utama yang terdapat dalam tar adalah fenol dan turunannya seperti guaiacol, 4-propyl guaiacol; 2,6-xylenol; 3,5-xylenol; creosol; o-creosol; syringol; 4-et srigol; 4-allylsyringol yang digunakan sebagai insektisida Yatagai et al. 1996. Buckle et al. 1985 menyatakan bahwa senyawa-senyawa yang terdapat dalam asap seperti formaldehid, aseton dan fenol yang mempunyai sifat bakteriosidal, sedangkan asam yang mudah menguap dalam asap akan menurunkan pH, sehingga dapat memperlambat pertumbuhan mikroorganisme. 2.1.3. Bahan baku asap cair Bahan baku yang umum digunakan dalam pembuatan asap cair adalah bahan yang mengandung selulosa, hemiselulosa dan lignin. Penelitian terdahulu pembuatan asap cair berasal dari kayu keras seperti kayu jati, kayu mangium, kayu tusam dan kayu sengon. Namun, disisi lain harga kayu yang relatif mahal dan ketersediaan kayu yang terbatas menyebabkan biaya produksi pembuatan asap cair menjadi lebih tinggi. Adanya kendala-kendala tersebut maka perlu dilakukan alternatif penggunaan bahan baku asap cair seperti tempurung kelapa. Buah kelapa Cocus nucifera termasuk famili Palmae yang diduga berasal dari Amerika Tengah dan Amerika Selatan. Komposisi buah kelapa terdiri dari sabut kelapa 35, tempurung kelapa 12, daging kelapa 28 dan air kelapa 25. Tanaman ini mulai berbuah pada umur 5 tahun hingga 7 tahun, sedangkan pada beberapa daerah sudah mulai berbuah pada umur 5 tahun tergantung dari kesuburan tanah dan tempat dimana tanaman tumbuh. Tempurung kelapa merupakan lapisan keras dengan ketebalan 3-5mm. Sifat kerasnya disebabkan oleh banyaknya kandungan silikat SiO 2 di tempurung tersebut, selain itu tempurung kelapa juga banyak mengandung selulosa, hemiselulosa, lignin dan pektin. Namun jumlah kandungan kimia tempurung kelapa bervariasi tergantung lingkungan tumbuhnya. Komposisi kimia tempurung kelapa terlihat pada Tabel 3. 11 Tabel 3. Komposisi kimia tempurung kelapa Komposisi kimia Tempurung kelapa berat kering Pektin Hemiselulosa Lignin Selulosa Mineral Komponen tidak larut air Komponen yang larut air 15.07 8.8 35.02 19.24 7.1 20.1 6.4 Sumber: Hanendyo, 2005

2.2. Kayu dan Pengawetan Kayu