Perbandingan Kandungan Lemak Trans Pada Pembuatan Coating Fat Dari Minyak Inti Sawit Melalui Reaksi Hidrogenasi Parsial, Interesterifikasi Dan Metode Blending

HIDROGENASI PARSIAL , INTERESTERIFIKASI DAN METODE BLENDING

DISERTASI

OLEH

MELISSA TJENG

088103005 / KM

PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2011

HIDROGENASI PARSIAL , INTERESTERIFIKASI DAN METODE BLENDING

DISERTASI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor dalam Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sumatera Utara

OLEH

MELISSA TJENG

088103005 / KM

PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2011

LEMBARAN PENGESAHAN DISERTASI

Judul disertasi :

Nama : MELISSA TJENG

Nomor Pokok : 088103005

Program Studi : Ilmu Kimia

Menyetujui : Komisi Pembimbing

Prof.DR.Harlem Marpaung Promotor

Prof.DR.Jamaran Kaban, MSc Prof.Basuki Wirjosentono,MS,PhD Co-Promotor Co-Promotor

Ketua Program Studi S3 Kimia Dekan FMIPA USU

Prof.Basuki Wirjosentono,MS,PhD DR. Sutarman ,MSc

PERBANDINGAN KANDUNGAN LEMAK TRANS PADA PEMBUATAN COATING FAT DARI MINYAK INTI SAWIT MELALUI REAKSI HIDROGENASI PARSIAL , INTERESTERIFIKASI DAN METODE BLENDING

Prof.DR.Harlem Marpaung Guru Besar Bidang Kimia Analitik

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Co – Promotor

Prof.DR.Jamaran Kaban, MSc

Guru Besar Bidang Sintesa Kimia Organik Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sumatera Utara

Co – Promotor

Prof.Basuki Wirjosentono,MS,PhD Guru Besar Bidang Kimia Polimer

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

TIM PENGUJI

Ketua : Prof. Dr. Harlem Marpaung

Anggota : Prof. Dr. Jamaran Kaban , MSc

Prof. Dr. Basuki Wirjosentono , MS, Ph.D Prof. Dr. Tonel Barus

Prof. Dr. Harry Agusnar , MSc, M.Phil Prof. Dr. Yunajar Manjang

PERNYATAAN ORISINALITAS

Disertasi ini adalah karya penulis sendiri , dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah penulis nyatakan dengan benar.

Nama : Melissa Tjeng

Nomor Pokok : 088103005 Tanda Tangan :

Penulis dilahirkan di Tanjung Pura, Kabupaten Langkat, pada tanggal : 16 Juni 1960. Merupakan anak ke-6 dari 8 bersaudara dari Bapak Tjeng Cin Hin (Alm) dan Ibunda Lim Siu Moi.

Pendidikan formal penulis adalah :

 Lulus SD Jaya Lama, Medan , tahun 1974

 Lulus SMP Husni Thamrin, Medan , tahun 1977

 Lulus SMA Husni Thamrin, Medan , tahun 1981

 Lulus Sarjana Kimia pada FMIPA USU Medan, tahun 1986

 Lulus Magister Management (MM), Sekolah Tinggi Ilmu Ekonomi IPWI Jakarta , tahun 1998

 Lulus Master of Science (MSc) , pada Jakarta Institute Of Management Studies (JIMS) , accredited by the World Association of University and Colleges (WAUCS), tahun 1998

 Lulus Program Doktor Ilmu Kimia pada Sekolah Pascasarjana USU, Medan,

13 Oktober 2011

RIWAYAT PEKERJAAN

 Pada tahun 1984 – 1986 sebagai guru Kimia di SMA Perguruan Sutomo Medan.

 Pada tahun 1984 – 1986 sebagai guru Kimia di SMA Perguruan Hang Kesturi Medan.

 Pada tahun 1987 -1994 sebagai Kepala Laboratorium di PT. Ivo Mas Tunggal , Belawan, Medan.

 Pada tahun 1995 – 1996 sebagai Kepala Reseach and Development di PT. Esenes , Jakarta.

Serang , Jakarta.

 Pada tahun 1999 – 2005 sebagai guru Kimia di Jakarta.

 Pada tahun 2006 – 2007 sebagai Kepala Laboratorium di PT. Indopac , Medan.

 Pada tahun 2008 – 2010 sebagai Quality Control Section Head di PT. Smart tbk , Belawan , Medan.

 Pada tahun 2011sampai sekarang sebagai Quality Management Departement

Dalam upaya untuk melindungi kesehatan konsumen, dibutuhkan kadar lemak trans yang sangat rendah. Dalam penelitian ini telah dilakukan pembuatan coating fat dengan metode hidrogenasi parsial , interesterifikasi dan metode blending untuk memperoleh kadar lemak trans yang rendah. Metode hidrogenasi parsial dengan katalis nikel yang lebih murah dan ketersediaan (availability) menghasilkan minimal asam lemak trans sedangkan metode blending menghasilkan zero trans fat yang aman untuk dikonsumsi. Melalui metode reaksi interesterifikasi komposisi asam lemak trans tidak berubah sebelum dan sesudah reaksi.

Hidrogenasi parsial adalah salah satu cara proses modifikasi untuk meningkatkan sifat fisika dan kimia minyak dan lemak. Hidrogenasi banyak digunakan oleh industri untuk menghasilkan lemak pengganti kakao dan pada saat ini sudah diaplikasi keberbagai produk seperti coating fat , lemak pengganti coklat dan sebagainya. Proses hidrogenasi parsial dengan suhu rendah dan tekanan tinggi akan menghasilkan minimal asam lemak trans. Kandungan lemak padat (SFC) , titik leleh (MP) , komposisi asam lemak (FAC), angka yodium (IV) dan asam lemak trans (TFA) ditentukan dari hasil reaksi. Proses hidrogenasi parsial menurunkan kandungan lemak padat yang rendah dan titik leleh (32-35 oC). Lemak hasil reaksi akan berbentuk padat pada suhu ruang dan mencair pada suhu tubuh dengan minimal asam lemak trans yang aman untuk dikonsumsi. Proses blending banyak digunakan oleh industri untuk menggantikan proses hidrogenasi dalam menurunkan asam lemak trans. Blending antara RBDHPKO (Refined Bleached Deodorized Hydrogenated Palm Kernel Oil) dengan RBDPKO (Refined Bleached Deodorized Palm Kernel Oil), ratio perbandingan (10:90), adalah perbandingan yang baik untuk coating fat dengan zero trans fat yang aman untuk dikonsumsi.

Kata kunci : hidrogenasi , asam lemak trans, lemak pengganti kakao, dan komposisi asam lemak

ABSTRACT

In an effort to protect consumer health , it is needed minimal trans fat. The development of the coating fat with partial hydrogenation , interesterification and blending methods. Minimal trans fatty acid was obtained through a simple reaction process of partial hydrogenation with nickel catalyst which the advantage of cheap, simple and availability. Blending methods produce zero trans fat , is safe for consumption where as with the interesterification reaction the fatty acid composition is not change before and after reaction.

Partial hydrogenation is one of the most important part of the modification process for increase physical and chemical properties of oils and fats. Industries are now relying more on hydrogenation process to produce low trans fats, and this fat was used to many product such as coating fat , cocoa butter substitute etc. However the partial process of hydrogenation with low temperature and high pressure was applied to minimize trans fatty acid. The Solid Fat Content (SFC) , melting point (MP) ,Fatty Acid Composition (FAC), Iodine Value (IV) and trans fatty acid (TFA) were determined of fat obtained by the hydrogenation process. Partial hydrogenation process reduced low solid fat content and result a good product with melting point ( 32-35 oC). It was solid in room temperature and melts at body temperature by minimizing trans fatty acid and safe to be consumed. Blending process was used to reduce trans fatty acid by replacing hydrogenation process. Blending RBDHPKO (Refined Bleached Deodorized Hydrogenated Palm Kernel Oil) with RBDPKO (Refined Bleached Deodorized Palm kernel Oil) with the ratio 10:90 yield good coating fat.

Key words : hydrogenation , trans fatty acid , cocoa butter substitute , and Fatty acid composition

UCAPAN TERIMA KASIH

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, berkat karunia dan rahmat serta hidayah –Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas disertasi ini.

Pada kesempatan ini penulis dengan tulus menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Rektor Universitas Sumatera Utara Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, MSc (CTM), SpA(K) , Direktur Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara Bapak Prof.Dr.Ir. Rahim Matondang MSIE , Dekan FMIPA Bapak Dr.Sutarman,MSc dan ketua Program S3 Kimia Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS,PhD , atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti pendidikan di Program Doktor Ilmu Kimia di Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara Medan.

Terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan yang tinggi penulis sampaikan kepada :

1 Bapak Prof. DR.Harlem Marpaung , selaku dosen/Promotor yang telah banyak meluangkan waktu untuk memberikan pengarahan dan bimbingan dalam penulisan disertasi ini.

2 Bapak Prof.DR.Jamaran Kaban ,MSc, selaku Co-Promotor yang telah memberikan kesempatan, bimbingan , pengarahan dan bantuan dalam menyelesaikan penulisan disertasi ini.

3 Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS,PhD, selaku ketua Program S3 kimia dan Co-Promotor yang telah banyak memberikan dorongan , semangat , bimbingan dan bantuan dalam penulisan disertasi ini.

4 Ananda tercinta, Citra Aryanti dan Yurika Aristya adalah mutiara berharga yang menghiasi hidup , yang memberikan semangat , motivasi dan warna tersendiri, kebersamaan, kasih sayang, pengertian dan kesabaran, selama

Sarjana, USU, hingga selesainya penulisan disertasi.

5 Ayahanda (alm) dan ibunda tercinta , yang telah membesarkan dan memberikan kasih sayang yang tak terhingga baik dalam moril maupun materi kepada saya.

6 Seluruh staff pengajar program doktor ilmu kimia FMIPA USU penulis mengucapkan terima kasih atas ilmu pengetahuan, pengalaman dan bantuan yang diberikan pada saya.

7 Kepada senior , sahabat , teman-teman sekelas S3 Kimia dan semua pihak yang secara langsung atau tidak langsung telah membantu penulis dalam menyelesaikan disertasi ini.

8 Pimpinan Perusahaan , staff dan karyawan PT.Smart Tbk , yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk melakukan penelitian di laboratorium serta pemakaian alat dan chemical yang berkaitan dengan judul disertasi ini.

9 Seluruh staff dan analis laboratorium PT. Smart Tbk Belawan yang telah membantu dalam menyelesaikan disertasi ini.

10 Pimpinan , staff dan seluruh keluarga besar Laboratorium TPD Surabaya , yang telah memberikan fasilitas pemakaian hydro reactor dan fasilitas pemakaian alat lainnya yang menyangkut judul penelitian.

Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu memberikan Ridho dan Rahmatnya bagi kita semua.

Medan, 2011

Halaman

ABSTRAK ………... i

ABSTRACT ………. ii

UCAPAN TERIMA KASIH ……… iii

DAFTAR ISI ………... v

DAFTAR TABEL ……… viii

DAFTAR GAMBAR GRAFIK ……… ix

DAFTAR LAMPIRAN ……… xi

DAFTAR SINGKATAN ………. xiv

BAB I PENDAHULUAN ……….. 1

1.1 Latar Belakang ………. 1

1.2 Permasalahan ………. 5

1.3 Hipotesa ……….. 5

1.4 Tujuan ………. 5

1.5 Manfaat ………... 6

1.6 Lokasi Penelitian ……… 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ……… 7

2.1 Minyak dan lemak ……….. 7

2.2 Mekanisme proses hidrogenasi ……… 8

2.2.1 Transfer dan difusi ……….. 9

2.2.2 Skema diagram dari reaksi hidrogenasi …………. 9

2.2.3 Formasi ikatan rangkap migrasi ………. 11

2.2.4 Formasi ikatan rangkap migrasi dan transisomer … 11 2.2.5 Terbentuk konjugat Fatty Acid ……… 12

2.2.6 Adsorpsi ……….. 13

2.2.6.1 Adsorpsi atau penyerapan ………. 14

2.2.6.2 Disosiasi ………... 14

2.2.6.3 Ionisasi ………. 14

2.2.6.4 Difusi ………... 14

2.2.6.5 Recombinasi ……… 14

2.2.6.6 Desorpsi ………... 14

2.2.7 Jenis-jenis Hidrogenasi ……….. 15

2.2.8 Kebutuhan katalis dan gas hidrogen ………. 21

2.2.9 Faktor-faktor yg mempengaruhi hidrogeasi ……. 22

2.3 Sifat –sifat fisik minyak dan lemak ……… 26

2.3.1 Solid Fat Content ………. 26

2.3.2 Melting Point ……….. 27

2.3.3 Slip Melting Point ……… 27

2.3.4 Iodine Value ………. 27

2.3.5 Aplikasi Produk Hidrogenasi ……….. 28

2.4.1.2 Interesterifikasi enzimatik ……….. 33

2.4.2 Blending ……… 34

2.5 Asam lemak trans ……… 35

BAB III METODOLIGI PENELITIAN ………... 38

3.1 Bahan-bahan ……… 38

3.2 Peralatan ……….. 38

3.3 Metode Penelitian ……… 38

3.4 Prosedur Penelitian ………... 39

3.4.1 Parsial Hidrogenasi ……… 39

3.4.1.1 Persiapan reaktor ……….. 39

3.4.1.2 Prosedur kerja reaksi hidrogenasi ………. 39

3.4.1.3 Prosedur sampling ……… 41

3.4.2. Blending ………. 42

3.4.2.1 Perlakukan blending ………. 42

3.4.3 Interesterifikasi ………... 43

3.4.3.1 Interesterifikasi minyak sawit ………….. 44

3.4.4 Penentuan angka yodium ……… 44

3.4.5 Penentuan titik leleh ……… 45

3.4.6 Penentuan lemak padat ………... 46

3.4.7 Penentuan FAC / Trans fatty acid ……….. 49

3.4.8 Kondisi operasi reaksi hidrogenasi parsial ………. 50

3.5 Bangan Penelitian ………. 51

3.5.1. Skema Penelitian ……… 51

3.5.2. Diagram Interesterifikasi ……… 52

3.5.3 Diagram angka yodium ………... 53

3.5.4. Diagram Preparasi FAME ……….. 54

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ………... 55

4.1 Hasil ……… 55

4.1.1. Komposisi asam lemak dan asam lemak trans ….. 55

4.1.2. Penentuan kandungan lemak padat ………. 63

4.1.4. Gambar grafik ………. 67

4.2 Pembahasan ……… 72

4.2.1. Komposisi asam lemak trans (TFA) ………. 72

4.2.2. Asam lemak asam lemak (FAC) ……….. 75

4.2.3. Kandungan lemak padat (SFC) ………. 76

4.2.4. Titik leleh (MP) ……….. 79

4.2.5. Penentuan angka yodium ……… 80

4.2.6. Komposisi blending coating fat ………. 80

5.2 Saran ……… 84

DAFTAR PUSTAKA ……… 85

LAMPIRAN ……….. 91

Tabel Judul Hal

4.1 Komposisi asam lemak (FAC) reaksi 1-3.……… 56

4.2 Komposisi asam lemak (FAC) reaksi 4-8………. 57

4.3 Komposisi asam lemak (FAC) reaksi O1-O3……….. 58

4.4 Komposisi asam lemak (FAC) reaksi O4-O5……….. 59

4.5 Komposisi asam lemak (FAC) , RBDHPKO + RBDPKO…….. 60

4.6 Komposisi asam lemak (FAC) interesterifikasi……… 61

4.7 Komposisi asam lemak (FAC) RBDPS + RBDPKL... 61

4.8 Komposisi asam lemak (FAC) ,RBDHPKO+RBDHPKOlein…. 62 4.9 Hubungan antara SFC, IV dan MP reaksi 1-4……….. 63

4.10 Hubungan antara SFC, IV dan MP reaksi 5-8……….. 64

4.11 Hubungan antara SFC, IV dan MP reaksi O1………... 64

4.12 Hubungan antara SFC, IV dan MP reaksi O2-O5……… 65

4.13 Hubungan antara SFC, IV dan MP RBDHPKO+RBDPKO…… 66

4.14 Hubungan antara SFC, IV dan MP IE……….. 66

4.15 Hubungan antara SFC, IV dan MP RBDPS + RBDPKL, IE….. 67

Gambar Judul Halaman

2.1 Absorbsi hydrogen ke permukaan katalis ……… 9

2.2 Transfer atom hydrogen dari permukaan katalis …………. 10

2.3 Mekanisme reaksi hidrogenasi ………. 10

2.4 Formasi migrasi dan transisomer pada reaksi hidrogenasi I. 11 2.5 Formasi migrasi dan transisomer pada reaksi hidrogenasi II. 12 2.6 Konjugasi fatty acid……… 12

2.7 Migrasi membentuk konjugasi fatty acid ………. 13

2.8 Adsorpsi pada hidrogenasi ……… 13

2.9 Reaksi hidrogenasi ……… 16

2.10 Pembentukan cis/trans hasil hidrogenasi ………. 17

2.11 Struktur cis dan trans asam oleat ……….. 17

2.12 Reaksi addisi gas hidrogen ……….. 18

2.13 Reaksi penjenuhan ikatan rangkap ………... 19

2.14 Bentuk cis/trans hasil hidrogenasi ………. 19

2.15 Diagram alur proses hidrogenasi ……….. 20

2.16 Reaksi oksidasi-reduksi dengan hidrogenasi ……… 20

2.17 Diagram alur interesterifikasi ………... 31

2.18 Mekanisme intramolekul ester ………. 32

2.19 Mekanisme intermolekul ester ………. 32

2.20 Interesterifikasi random ……… 33

2.21 Diagram alur interesterifikasi enzimatik ……….. 34

4.1 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi 1………. 68

4.2 Hubungan antara IV, MP dan TFA reaksi 2………. 68

4.3 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi 3………. 68

4.4 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi 4………. 68

4.5 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi 5………. 68

4.6 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi 6………. 68

4.7 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi 7………. 68

4.8 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi 8………. 68

4.9 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi O1……….. 69

4.10 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi O2……….. 69

4.11 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi O3……….. 69

4.12 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi O4……….. 69

4.13 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi O5……….. 69

4.14 Hubungan antara IV , MP dan TFA hasil blending antara RBDHPKO + RBDPKO………. 69 4.15 Hubungan antara IV , MP dan TFA hasil blending antara RBDHPKO + RBDHPKL……….. 69 4.16 SFC reaksi 1……… 70

4.17 SFC reaksi 2……… 70

4.20 SFC reaksi 5……… 70

4.21 SFC reaksi 6……… 70

4.22 SFC reaksi 7……… 70

4.23 SFC reaksi 8……… 70

4.24 SFC reaksi O1………. 71

4.25 SFC reaksi O2………. 71

4.26 SFC reaksi O3………. 71

4.27 SFC reaksi O4………. 71

4.28 SFC reaksi O5………. 71

4.29 SFC hasil blending antara RBDHPKO + RBDPKO……….. 71

4.30 SFC hasil blending antara RBDHPKO + RBDHPKL……… 71

Lampiran Judul Halaman

Gambar Peralatan Penelitian 91

4.1 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 1.1……… 92

4.2 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 1.2……… 93

4.3 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 2.1……… 94

4.4 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 2.2……… 95

4.5 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 2.3……… 96

4.6 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 2.4……… 97

4.7 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 2.5……… 98

4.8 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 2.6……… 99

4.9 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 2.7……… 100

4.10 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 2.8……… 101

4.11 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 2.9……… 102

4.12 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 3.1……… 103

4.13 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 3.2……… 104

4.14 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 3.3………. 105

4.15 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 3.4………. 106

4.16 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 3.5………. 107

4.17 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 3.6………. 108

4.18 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 4.1………. 109

4.19 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 4.2………. 110

4.20 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 4.3………. 111

4.21 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 5.1………. 112

4.22 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 6.1………. 113

4.23 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 6.2………. 114

4.24 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 6.3………. 115

4.25 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 7.1………. 116

4.26 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 7.2………. 117

4.27 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 7.3………. 118

4.28 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 7.4………. 119

4.29 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 8.1………. 120

4.30 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 8.2………. 121

4.31 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 8.3………. 122

4.32 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 8.4………. 123

4.33 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 8.5………. 124

4.34 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O1.1………… 125

4.35 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O1.2………… 126

4.36 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O1.3………... 127

4.37 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O1.4………… 128

4.38 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O2.1………... 129

4.41 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O2.4………… 132

4.42 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O2.5………… 133

4.43 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O2.6………… 134

4.44 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O3.1………… 135

4.45 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O3.2………… 136

4.46 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O3.3………… 137

4.47 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O3.4………… 138

4.48 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O4.1………… 139

4.49 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O4.2………… 140

4.50 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O5.1………… 141

4.51 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O5.2………… 142

4.52 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O5.3………… 143

4.53 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O5.4………… 144

4.54 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O5.5………… 145

4.55 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O5.6………… 146

4.56 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O5.7………… 147

4.57 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O5.8………… 148

4.58 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O5.9………… 149

4.59 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O5.10……….. 150

4.60 GC hasil hidrogenasi (A=RBDHPKO) ……….. 151

4.61 GC Komposisi asam lemak (FAC) RBDPKO (B) ………… 152

4.62 GC blending antara RBDHPKO 10% + RBDPKO 90%... 153

4.63 GC blending antara RBDHPKO 20% + RBDPKO 80%... 154

4.64 GC blending antara RBDHPKO 30% + RBDPKO 70%... 155

4.65 GC blending antara RBDHPKO 40% + RBDPKO 60%... 156

4.66 GC blending antara RBDHPKO 50% + RBDPKO 50%... 157

4.67 GC blending antara RBDHPKO 60% + RBDPKO 40%... 158

4.68 GC blending antara RBDHPKO 70% + RBDPKO 30%... 159

4.69 GC blending antara RBDHPKO 80% + RBDPKO 20%... 160

4.70 GC blending antara RBDHPKO 90% + RBDPKO 10%... 161

4.71 GC RBDPKO IV 17.36 sebelum IE………. 162

4.72 GC RBDPKO IV 17.36 sesudah IE………. 163

4.73 GC RBDHPKO IV 0.302 sebelum IE………. 164

4.74 GC RBDHPKO IV 0.402 sesudah IE……… 165

4.75 GC RBDHPO IV 33.45 sebelum IE………. 166

4.76 GC RBDHPO IV 33.45 sesudah IE………. 167

4.77 GC RBDHPO IV 44.09 sebelum IE………. 168

4.78 GC RBDHPO IV 43.75 sesudah IE………. 169

4.79 GC RBDHPKO : RBDHPKO 88:12 sebelum IE……… 170

4.80 GC RBDHPKO : RBDHPKO 88:12 sesudah IE………. 171

4.81 GC RBDHPKO 100 ……….. 172

4.82 GC RBDHPKO 95 : RBDHPKOlein 5 ……….. 173

4.83 GC RBDHPKO 90 : RBDHPKOlein 10 ……….. 174

4.86 GC RBDHPKO 75 : RBDHPKOlein 25 ……… 177

4.87 GC RBDHPKO 70 : RBDHPKOlein 30 ……… 178

4.88 GC RBDHPKO 65 : RBDHPKOlein 35 ……… 179

4.89 GC RBDHPKO 60 : RBDHPKOlein 40 ……… 180

4.90 GC RBDHPKO 55 : RBDHPKOlein 45 ……… 181

4.91 GC RBDHPKO 50 : RBDHPKOlein 50 ……… 182

4.92 GC RBDHPKO 45 : RBDHPKOlein 55 ……… 183

4.93 GC RBDHPKO 40 : RBDHPKOlein 60 ………. 184

4.94 GC RBDHPKO 35 : RBDHPKOlein 65 ……… 185

4.95 GC RBDHPKO 30 : RBDHPKOlein 70 ………. 186

4.96 GC RBDHPKO 25 : RBDHPKOlein 75 ……… 187

4.97 GC RBDHPKO 20 : RBDHPKOlein 80 ……… 188

4.98 GC RBDHPKO 15 : RBDHPKOlein 85 ……… 189

4.99 GC RBDHPKO 10 : RBDHPKOlein 90 ……… 190

4.50 GC RBDHPKO 5 : RBDHPKOlein 95 ………. 191

4.51 GC RBDHPKOlein 100 ………. 192

AOCS American Oil Chemist Sociaty

ALJ Asam lemak jenuh

ALTJ Asam lemak tak jenuh

CBS Cocoa Butter Substitute , lemak pengganti coklat

CF Coating Fat

Cooling liquid Cairan anti beku

CPKO Crude Palm Kernel Oil

CPKOL Crude Palm Kernel Olein

CPKST Crude Palm Kernel Stearin

FAC Fatty Acid Composition , komposisi asam lemak

FAME Fatty Acid Methyl Ester

FID Free Induction Decay

GC Gas Chromatographi

HDL High Density Lipoprotein

HPKO Hydrogenated Palm Kernel Oil

HPKOL Hydrogenated Palm Kernel Olein

HPKST Hydrogenated Palm Kernel Stearin

IV Iodine Value , angka iodium

LDL Low Density Lipoprotein

MP Melting point , titik lebur

NMR Nuclear Magnetic Resonance

PCF Premium Coating Fat

PVC Poly Vinyl Chlorida

RBDHPKO Refined Bleached Deodorized Hydrogenated Palm Kernel Oil

RBDHPKOL Refined Bleached Deodorized Hydrogenated Palm Kernel Olein

RBDHPKST Refined Bleached Deodorized Hydrogenated Palm Kernel Stearin

RBDPKO Refined Bleached Deodorized Palm Kernel Oil

RBDPKOL Refined Bleached Deodorized Palm Kernel Olein

RBDPKST Refined Bleached Deodorized Palm Kernel Stearin

RBDPO Refined Bleached Deodorized Palm Oil

RBDPST Refined Bleached Deodorized Palm Stearin

RBDHPO Refined Bleached Deodorized Hydrogenated Palm Oil

SFC Solid Fat Content , kandungan lemak padat

SFI Solid Fat Index

SMP Slip Melting Point , titik lebur

STS Sodium Tristearat

TFA Trans Fatty Acid , asam lemak trans

Valve Katup

Dalam upaya untuk melindungi kesehatan konsumen, dibutuhkan kadar lemak trans yang sangat rendah. Dalam penelitian ini telah dilakukan pembuatan coating fat dengan metode hidrogenasi parsial , interesterifikasi dan metode blending untuk memperoleh kadar lemak trans yang rendah. Metode hidrogenasi parsial dengan katalis nikel yang lebih murah dan ketersediaan (availability) menghasilkan minimal asam lemak trans sedangkan metode blending menghasilkan zero trans fat yang aman untuk dikonsumsi. Melalui metode reaksi interesterifikasi komposisi asam lemak trans tidak berubah sebelum dan sesudah reaksi.

Hidrogenasi parsial adalah salah satu cara proses modifikasi untuk meningkatkan sifat fisika dan kimia minyak dan lemak. Hidrogenasi banyak digunakan oleh industri untuk menghasilkan lemak pengganti kakao dan pada saat ini sudah diaplikasi keberbagai produk seperti coating fat , lemak pengganti coklat dan sebagainya. Proses hidrogenasi parsial dengan suhu rendah dan tekanan tinggi akan menghasilkan minimal asam lemak trans. Kandungan lemak padat (SFC) , titik leleh (MP) , komposisi asam lemak (FAC), angka yodium (IV) dan asam lemak trans (TFA) ditentukan dari hasil reaksi. Proses hidrogenasi parsial menurunkan kandungan lemak padat yang rendah dan titik leleh (32-35 oC). Lemak hasil reaksi akan berbentuk padat pada suhu ruang dan mencair pada suhu tubuh dengan minimal asam lemak trans yang aman untuk dikonsumsi. Proses blending banyak digunakan oleh industri untuk menggantikan proses hidrogenasi dalam menurunkan asam lemak trans. Blending antara RBDHPKO (Refined Bleached Deodorized Hydrogenated Palm Kernel Oil) dengan RBDPKO (Refined Bleached Deodorized Palm Kernel Oil), ratio perbandingan (10:90), adalah perbandingan yang baik untuk coating fat dengan zero trans fat yang aman untuk dikonsumsi.

Kata kunci : hidrogenasi , asam lemak trans, lemak pengganti kakao, dan komposisi asam lemak

ABSTRACT

In an effort to protect consumer health , it is needed minimal trans fat. The development of the coating fat with partial hydrogenation , interesterification and blending methods. Minimal trans fatty acid was obtained through a simple reaction process of partial hydrogenation with nickel catalyst which the advantage of cheap, simple and availability. Blending methods produce zero trans fat , is safe for consumption where as with the interesterification reaction the fatty acid composition is not change before and after reaction.

Partial hydrogenation is one of the most important part of the modification process for increase physical and chemical properties of oils and fats. Industries are now relying more on hydrogenation process to produce low trans fats, and this fat was used to many product such as coating fat , cocoa butter substitute etc. However the partial process of hydrogenation with low temperature and high pressure was applied to minimize trans fatty acid. The Solid Fat Content (SFC) , melting point (MP) ,Fatty Acid Composition (FAC), Iodine Value (IV) and trans fatty acid (TFA) were determined of fat obtained by the hydrogenation process. Partial hydrogenation process reduced low solid fat content and result a good product with melting point ( 32-35 oC). It was solid in room temperature and melts at body temperature by minimizing trans fatty acid and safe to be consumed. Blending process was used to reduce trans fatty acid by replacing hydrogenation process. Blending RBDHPKO (Refined Bleached Deodorized Hydrogenated Palm Kernel Oil) with RBDPKO (Refined Bleached Deodorized Palm kernel Oil) with the ratio 10:90 yield good coating fat.

Key words : hydrogenation , trans fatty acid , cocoa butter substitute , and Fatty acid composition

BAB I PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG

Pada umumnya hasil proses hidrogenasi parsial akan terbentuk trans fatty acid (TFA) yang tidak diinginkan. Asam lemak trans cenderung meningkatkan kadar kolesterol total dalam darah yang dapat menyebabkan timbulnya penyakit kardiovaskuler (jantung koroner), sehingga asam lemak trans perlu dihilangkan atau di minimalkan.

Asam lemak tidak jenuh (memiliki ikatan rangkap) yang terdapat di minyak dapat berada dalam dua bentuk yakni cis dan trans. Asam lemak tak jenuh yang terdapat di alam biasanya berada sebagai asam lemak cis, hanya sedikit bentuk trans. Jumlah asam lemak trans dapat meningkat akibat pengolahan seperti hidrogenasi , pemanasan pada suhu tinggi. (Sebedio and Chardigny, 1996, Martin et al, 1998, Silalahi, 2002).

Proses hidrogenasi ditemukan pada tahun 1903 oleh Norman. Penemuan reaksi hidrogenasi katalitik minyak nabati memungkinkan minyak cair dikonversikan menjadi solid dan semi solid dengan konsistensi tertentu yang sesuai untuk aplikasi margarin dan shortening. Proses ini terdiri dari pemanasan dengan adanya hidrogen elementer yang dibantu oleh suatu katalisator logam , biasanya menggunakan Nikel. Keuntungan menggunakan Nikel katalis antara lain adalah ketersediaan (availability) dan lebih murah bila dibandingkan katalis lain.

Hasil hidrogenasi parsial ialah terjadinya penjenuhan sebagian dari ikatan tak jenuh asam lemak, isomerisasi ikatan rangkap bentuk cis (alami) menjadi bentuk trans dan perubahan posisis ikatan rangkap. Perubahan ini akan menaikkan titik leleh, berarti mengubah minyak cair menjadi lemak setengah padat yang sesuai kebutuhan. (O’Brien, 1998, Silalahi , 2002). Proses Hidrogenasi luas digunakan secara komersial untuk meningkatkan titik-lebur dan untuk meningkatkan konsistensi minyak dan lemak. Hidrogenasi juga mengurangi

warna dan bau, meningkatkan stabilitas dan tahan terhadap oksidasi. Asam lemak trans dari hidrogenasi tradisional terbentuk pada saat proses dan mendapat pengawasan ketat berkaitan dengan kesehatan manusia.

Hubungan antara kondisi proses dan efek terhadap Selectivity Ratio, kandungan Trans, dan kecepatan reaksi yaitu : Temperatur yang tinggi akan menghasilkan lebih banyak TFA (Trans Fatty Acid). Tekanan yang tinggi dan Ni katalis yang lebih akan mengurangi TFA (Trans Fatty Acid). Klasifikasi kandungan asam lemak trans (TFA) :

High trans product : > 20% TFA

Low trans product : < 5% TFA (minimal trans fat). Zero trans product : < 0.5% TFA

(Perryman Shirley, et al , 2006).

Hidrogenasi parsial adalah mereaksikan minyak dengan gas H2 dan katalis

untuk membuat ikatan rangkap menjadi ikatan tunggal membentuk ikatan jenuh. Hasil reaksi akan membentuk ikatan jenuh ,migrasi dari ikatan rangkap dan terbentuk Trans-fatty acid. Ciri khas kondisi proses partial hidrogenasi sbb : Temperatur : 150 – 180 oC

Tekanan H2 : 2 – 20 bar

Katalis : Ni katalis (100 ppm Ni)

% trans : f (T,P,Ni)

Sejak tahun 1990 penelitian tentang efek negative dari TFA meningkat karena ternyata TFA dapat meningkatkan resiko penyakit jantung koroner. (Mensink , et al., 1992 ; Judd,et al., 1994 ; Ascherio , et al., 1994 ; Subbaiah, et al ., 1998 ; Oomen, et al., 2001, Silalahi , 2002).

Untuk menghindari terjadinya trans fatty acid atau membuat minimal trans fat pada saat proses parsial hidrogenasi , dapat menggunakan katalis Pt dan dengan membrane polimer reaktor. (Singh Devinder, M.E et al.,JAOCS, 2009).

Zero trans fat juga dapat diperoleh dari blending minyak nabati seperti minyak kelapa ,Palm Stearin, dan soybean oil parsial hidrogenasi (PH-SBO). (Reyes-Hernandedz,J.et al. JAOCS , Nov 2007).

Zero trans fat shortening diperoleh dari blending Palm Stearin dengan Rice Bran Oil, dengan mengatur kecepatan agitasi dan mempertahankan temperatur kristalisasi supaya hasil produk akhir bebas trans fat. (Mayamol, P.N., JAOCS, April 2004).

Dari hasil penelitian selama dekade terakhir menunjukkan dampak negatif TFA terhadap kesehatan yaitu memicu penyakit jantung koroner. (Silalahi, J. 2002). Pada reaksi hidrogenasi terjadi pengikatan atom H , sehingga molekul cis akan berubah menjadi molekul trans. Bentuk trans sulit mengalami efek polarisasi meski dipengaruhi oleh medan. Hal ini karena molekul trans selain mempunyai gaya tarik van der Waals yang sangat kuat, juga mempunyai rantai zig –zag. Atom H pada asam lemak trans yang letaknya berseberangan menyebabkan molekul tersebut tidak mengalami efek polarisasi yang kuat sehingga rantainya tetap relatif lurus. (Silalahi ,2000 ; K Sofjan dkk, 2008).

Dari penelitian sebelumnya ,dengan parsial hidrogenasi belum dapat menghasilkan zero trans fat , hal ini merupakan suatu tantangan untuk melakukan penelitian mengenai reaksi parsial hidrogenasi terhadap Palm Kernel Oil untuk menghasilkan coating fat , minimal atau zero trans fat (TFA) yang berkualitas baik dan aman untuk dikonsumsi. Dalam penelitian ini dicoba melakukan reaksi partial hidrogenasi dari minyak inti sawit (Palm Kernel Oil ) , menggunakan Ni sebagai katalis dan memberikan gas hidrogen secara langsung atau di permukaan katalis. Dengan menggunakan logam Ni dan untuk memungkinkan pasokan hidrogen terlarut di dekat lokasi dimana kontak fasa cair minyak dengan fasa padat katalis Ni. Dengan memodifikasi beberapa faktor dalam reaksi hidrogenasi parsial seperti :

• Konsentrasi dari katalis

• Tekanan (reaksi) – konsentrasi dari gas H2

• Tingkat kecepatan dari agitasi

Diharapkan dapat menghasilkan coating fat minimal trans fat (TFA) yang baik untuk kesehatan dan berkualitas baik untuk dikonsumsi. Beberapa aplikasi produk yang sejalan dengan perkembangan ini adalah pembuatan cocoa butter. Salah satu lingkup aplikasi dari produk cocoa butter adalah dalam bidang confectionery, dimana produk tersebut dapat digunakan sebagai coating fat. Ada dua alasan untuk menghidrogenasi minyak. Yang pertama adalah untuk mengubah lemak dan minyak menjadi suatu bentuk fisik dengan karakteristik konsistensi dan handling yang sesuai dengan fungsionalitasnya. Alasan lain dari proses hidrogenasi adalah untuk meningkatkan stabilitas produk (misalnya, untuk frying fat) terhadap oksidasi serta menambah keberagaman aplikasi yang dapat diterapkan. Biasanya hidrogenasi minyak digambarkan sesederhana sebagai penjenuhan dari ikatan rangkap dalam minyak tidak jenuh dengan hidrogen, menggunakan nikel sebagai katalisnya. Padahal terdapat beberapa reaksi yang sangat kompleks selama proses hidrogenasi. Produk dari hidrogenasi merupakan campuran yang sangat kompleks karena beberapa reaksi simultan terjadi , penjenuhan ikatan rangkap, isomer cis / trans dan pemindahan ikatan rangkap.

Keistimewaan dari cocoa butter adalah berbentuk padat pada temperatur kamar memiliki titik leleh 32 – 35 oC , mulai meleleh pada 30 – 32 oC dan cepat meleleh pada suhu tubuh. Produksi cocoa butter sangat dipengaruhi oleh produksi buah coklat, biaya produksi yang besar sehingga harganya mahal, oleh karena itu perlu dilakukan modifikasi lemak untuk mendapatkan alternatif lain sebagai pengganti cocoa butter. Dalam industri berbasis minyak sawit , proses pengolahan terus berkembang untuk memenuhi keinginan para konsumennya, pengolahan kini tidak terbatas pada proses refining dari minyak mentah menjadi minyak goreng. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi telah membantu industri untuk mengubah ikatan–ikatan dalam molekul trigliserida minyak yang berupa ikatan rangkap menjadi ikatan tunggal yang lebih stabil. Dengan proses hidrogenasi ditujukan agar diperoleh karakteristik produk yang berbeda dari sebelumnya, seperti stabilitas yang lebih baik terhadap oksidasi baik selama penyimpanan maupun saat digunakan dan berwujud padat pada suhu ruang serta mencair pada suhu tubuh.

Berdasarkan uraian diatas timbul keinginan untuk melakukan penelitian hidrogenasi parsial untuk menghasilkan minimal trans fat dan menentukan jenis dan persentasi lemak terbaik untuk menghasilkan zero trans fat melalui metode blending.

1.2. PERMASALAHAN

 Apakah dengan reaksi hidrogenasi parsial yang umumnya menghasilkan trans isomer pada saat proses dapat di ubah menjadi minimal trans fat dengan memodifikasi kondisi proses ?

 Berapakah ratio perbandingan persentasi yang optimal untuk blending lemak hidrogenasi (RBDHPKO) dengan RBDPKO supaya menghasilkan cocoa butter substitute / coating fat dengan zero trans fat yang aman untuk dikonsumsi?

 Apakah reaksi Interesterifikasi dapat menghasilkan minimal trans fat sesuai kondisi proses yang dilakukan ?

1.3. HIPOTESA

 Hidrogenasi parsial minyak inti sawit RBDPKO dan RBDPKOlein dapat membentuk lemak kakao (cocoa butter substitute) yang kaya akan asam laurat (C12) sebagai sumber asam lemak kalori rendah dan dengan kondisi reaksi suhu rendah menghasilkan minimal asam lemak trans yang aman untuk dikonsumsi.

 Hasil blending antara RBDHPKO dengan RBDPKO akan menghasilkan zero asam lemak trans yang berkualitas baik dan aman untuk dikonsumsi.  Sebelum dan sesudah reaksi Interesterifikasi tidak ada terjadi perubahan

komposisi asam lemak trans.

1.4. TUJUAN

 Dari hasil penelitian ini diharapkan melalui reaksi hidrogenasi parsial dapat menghasilkan cocoa butter substitute / premium coating fat minimal

asam lemak trans yang berkualitas baik dan dapat memenuhi berbagai spesifikasi standard yang diinginkan pasar.

 Menghasilkan cocoa butter substitute / premium coating fat dengan metode blending antara RBDHPKO dengan RBDPKO yang berkualitas baik.

 Menghasilkan produk yang berbeda dari sebelumnya, seperti stabilitas yang lebih baik terhadap oksidasi baik selama penyimpanan maupun saat digunakan dan berwujud padat pada suhu ruang dan mencair pada suhu tubuh , konsistensi produk yang lebih baik, memiliki tekstur dan citarasa yang baik sesuai dengan permintaan konsumen.

1.5. MANFAAT

 Dapat memberikan kontribusi dalam mengatasi terbentuknya trans fat pada reaksi hidrogenasi parsial, sehingga menghasilkan minimal trans fat yang aman dan berkualitas baik untuk dikonsumsi.

 Sebagai kontribusi memberi informasi kepada produsen minyak inti sawit (CPKO) di Indonesia bahwa melalui reaksi hidrogenasi parsial dapat dihasilkan lemak pengganti coklat (Cocoa Butter Substitute) / coating fat type baru dengan minimal trans fat yang memenuhi berbagai spesifikasi standard dan zero TFA.

 Dapat diperoleh produk dengan konsistensi yang lebih baik dengan kandungan lemak trans yang sesuai dengan permintaan konsumen, perubahan karakteristik dari minyak sawit ini memberikan aplikasi produk yang lebih beragam , seperti bidang confectionery dan coating fat.

1.6. LOKASI PENELITIAN

Penelitian dilakukan di laboratorium Belawan dan Technical Product Development , Reseach and Development , Surabaya.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Minyak dan lemak

Minyak dan lemak adalah senyawa kimia yang banyak terdapat di alam. Minyak umumnya berwujud cair pada suhu ruang sedangkan lemak cenderung berwujud padat pada suhu ruang. Asam-asam lemak merupakan komponen penyusun minyak dan lemak, dan asam lemak ini merupakan senyawa rantai karbon. Dalam rantai karbon asam lemak tersebut, terdapat ikatan antar karbon yang berjenis tunggal maupun rangkap. Ikatan jenis tunggal pada rantai karbon memiliki kestabilan oksidatif yang lebih baik dibandingkan ikatan rangkap. Sebaliknya, ikatan rangkap memberikan sifat minyak yang cair pada suhu ruang. Jenis ikatan yang ada dalam asam lemak akan berpengaruh terhadap jenis aplikasi yang cocok digunakan terhadapnya. Secara keseluruhan, susunan trigliserida minyak dan lemak mempunyai kesamaan pada gliserol, maka perbedaan sifat-sifat minyak dan lemak dilihat pada komponen asam lemaknya.

Dalam industri berbasis minyak sawit, pengolahan kini tidak terbatas pada proses refining dari minyak tersebut menjadi minyak goreng. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi telah membantu industri untuk mengubah ikatan-ikatan dalam molekul trigliserida (minyak) yang berupa ikatan-ikatan rangkap menjadi ikatan tunggal yang lebih stabil. Hal ini bertujuan untuk memperoleh karakteristik yang mendekati lemak, seperti stabilitas oksidatif yang lebih baik dan berwujud padat pada suhu ruang. Dengan pengubahan jenis ikatan pula, diharapkan diperoleh konsistensi produk yang lebih baik, yang dapat memenuhi kebutuhan konsumen.

Beberapa aplikasi yang dilakukan sejalan dengan perkembangan ini adalah pembuatan margarin sebagai alternatif mentega (yang berbasis lemak hewani), dan pada aplikasi produk sebagai komponen dalam pembuatan Cocoa Butter Substitute (CBS). Perubahan karakteristik minyak sawit ini dapat dilakukan salah

satunya dengan proses yang disebut hidrogenasi. (Coenen,J.W.E. (1976). JAOCS, 53. 382-389).

Bahan baku (raw material) yang diproses pada pengolahan Cocoa Butter Substitute (CBS) dapat berupa Crude Palm Kernel Oil (CPKO) yang diperoleh dari hasil pengepresan inti sawit/palm kernel (PK) di proses pengolahan Palm Kernel Chrushing. Pengolahan CPKO menghasilkan Refined Bleached Deodorized Hydrogenated Palm Kernel Oil (RBDHPKO). Raw material yang diproses pada pengolahan tersebut dapat juga berupa Crude Palm Kernel Olein (CPKOL) atau Crude Palm Kernel Stearin (CPKST). Kedua raw material tersebut merupakan hasil fraksinasi dari Crude Palm Kernel Oil (CPKO). Pengolahan Crude Palm Kernel Olein (CPKOL) menghasilkan Refined Bleached Deodorized Hydrogenated Palm Kernel Olein (RBDHPKOL). Sedangkan pengolahan Crude Palm Kernel Stearin (CPKST) menghasilkan Refined Bleached Deodorized Hydrogenated Palm Kernel Stearin (RBDHPKST).

Secara umum, proses yang ada di pengolahan Cocoa Butter Substitute (CBS) terdiri dari fraksinasi, refinery I, hidrogenasi , refinery II. Proses pengolahan CBS menghasilkan produk antara lain:

 Cocoa Butter Substitute, yang didapat dari RBDHPKST

 Premium Coating Fat, yang didapat dari RBDHPKO

 Coating Fat, yang didapat dari RBDHPKOL

 Customer Request, yang disesuaikan dengan pesanan customer (O’Brien, RD. 1998 ,P. 81-95).

2.2 Mekanisme process Hidrogenasi

Mekanismenya atom-atom H2 tersebut mengeleminasi unsaturated fatty acid

(carbon ikatan rangkap), dengan pengurangan atau penghilangan unsaturated fatty acid produk menjadi lebih stabil / tahan terhadap oksidasi.

Dari proses Hidrogenasi diperoleh nilai titik leleh atau melting profile tertentu yang dapat dilihat dari kandungan lemak padat atau SFC (Solid Fat Content) hasil analisa produknya.

Parameter Proses Hidrogenasi yang dicapai adalah penurunan angka yodium atau IV (Iodine Value) ,dengan berkurangnya ikatan rantai rangkap maka angka IV-nya juga semakin turun. Dan sebaliknya nilai Slip Melting Point (SMP) menjadi naik, secara fisik minyaknya menjadi lebih keras/solid, makanya bisa juga disebut Harden Fat. Hasil dari proses Hidrogenasi, banyak diaplikasikan untuk produk coating, substitusi seperti : coklat, wafer ,candy , ice cream dan lain-lain. Langkah – langkah dari Hidrogenasi yaitu : Transfer dan/atau diffusi ,Adsorpsi, Hydrogenasi/isomerisasi , Desorpsi dan Transfer. (Lyle F. Albright, Purdue University, Indiana 47907).

2.2.1 Transfer dan diffuse

Transfer dan adsorpsi merupakan langkah kritis dalam mengkontrol derajat isomerisasi dan selektifity dari reaksi.

Transfer: Transfer dari reactants dan products ke dan dari phase cair (minyak) dan di luar permukaan katalis

Diffusi : Diffusi dari reactant ke pori-pori katalis. Diffusi dari produk keluar dari pori-pori katalis.

2.2.2 Skema Diagram dari Reaksi Hidrogenasi sbb :

Secara kimia proses hidrogenasi diduga meliputi tahap-tahap :

a. Ikatan hidrogen terabsorbsi (melalui interaksi) ke permukaan dari katalis logam.

Permukaan katalis

b. Sebuah atom hidrogen ditransfer dari permukaan katalis logam ke salah satu atom karbon di dalam ikatan rangkap, dan atom karbon yang lain berikatan (melalui ikatan) dengan permukaan logam.

Gambar 2.2 : Transfer atom hidrogen dari permukaan katalis

c. Atom hidrogen kedua ditransfer dari permukaan katalis logam ke atom karbon terakhir.

2.2.3 Formasi ikatan rangkap Migrasi dan Transisomer pada proses Hidrogenasi tahap I :

Tahap pertama dalam reaksi hidrogenasi bersifat balik dimana atom hydrogen dapat kembali ke permukaan logam. Isomerisasi cis / trans biasanya terjadi pada tahap ini dengan adanya rotasi di sekitar ikatan C–C.

Gambar 2.4 : Formasi migrasi dan transisomer pada reaksi hidrogenasi I

2.2.4 Formasi ikatan rangkap Migrasi and Transisomer pada proses Hidrogenasi tahap II :

Perpindahan posisi ikatan rangkap (isomerisasi posisi) juga dapat terjadi ,yaitu apabila reaksi balik di atas terjadi pada gugus metilen yang terletak di sebelah ikatan rangkap. (gambar 2.5). Isomerisasi geometris secara tidak langsung mengubah struktur molekul asam lemak dan trigliserida.

Gambar 2.5 : Formasi migrasi dan transisomer pada reaksi hidrogenasi II 2.2.5 Terbentuk konjugasi Fatty Acids :

Rantai karbon asam lemak tak jenuh mempunyai satu atau lebih ikatan rangkap dua. Ikatan rangkap tersebut ada yang bersifat nonkonjugasi dan konjugasi , oleh karena itu ikatan rangkap tersebut terletak berdampingan dan dipisahkan oleh gugus metilen (- CH2-).

2.2.6 Adsorpsi

Adsorpsi pada reactant di permukaan katalis sangat penting untuk mengkontrol selektiviti dan isomerisasi selama proses hidrogenasi.

Ikatan rangkap migrasi membentuk konjugate trans-fatty acids.

Gambar 2.7 : Migrasi membentuk konjugasi fatty acid

Langkah-langkah adsorpsi pada hidrogenasi :

Gambar 2.8 : Adsorpsi pada hidrogenasi

Dari hidrogenasi A; 9, 15 and 11, 15

Dari hidrogenasi B; 10,15 and 12, 15

Dari hidrogenasi C; 9, 12 and 9, 14

2.2.6.1 Adsorpsi atau penyerapan : suatu proses yang terjadi ketika suatu

fluida, cairan maupun gas , terikat kepada suatu padatan atau cairan (zat penyerap, adsorben) dan akhirnya membentuk suatu lapisan tipis atau film (zat terserap, adsorbat) pada permukaannya. Berbeda dengan absorpsi yang merupakan penyerapan fluida oleh fluida lainnya dengan membentuk suatu larutan. Adsorpsi adalah suatu proses penyerapan suatu fasa tertentu (gas, cair) pada permukaan adsorben yang berupa padatan.

2.2.6.2 Disosiasi adalah penguraian suatu zat menjadi beberapa zat lain yang

lebih sederhana.

2.2.6.3 Ionisasi adalah proses fisik mengubah atom atau molekul menjadi ion

dengan menambahkan atau mengurangi partikel bermuatan seperti elektron. Proses ionisasi ke muatan positif atau negatif sedikit berbeda. Ion bermuatan positif didapat ketika elektron yang terikat pada atom atau molekul menyerap energi cukup agar dapat lepas dari potensial listrik yang mengikatnya.

2.2.6.4 Difusi adalah peristiwa mengalirnya/berpindahnya suatu zat dalam

pelarut dari bagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah. Perbedaan konsentrasi yang ada pada dua larutan disebut gradien konsentrasi. Difusi akan terus terjadi hingga seluruh partikel tersebar luas secara merata.

2.2.6.5 Recombinasi adalah menggabungkan kembali transfer electron dalam

gas yang menghasilkan netralisasi ion yang timbul dari partikel energi tinggi.

2.2.6.6 Desorpsi adalah sebuah fenomena dimana suatu zat dilepaskan dari atau

melalui permukaan. Proses ini adalah kebalikan dari serapan (yaitu, baik adsorpsi dan penyerapan ). Hal ini terjadi dalam sistem berada dalam keadaan kesetimbangan penyerapan antara fasa bulk (cairan, yaitu gas atau larutan cair) dan permukaan yang menyerap (padat atau batas memisahkan dua cairan).

2.2.7 Jenis-jenis Hidrogenasi

Hidrogenasi adalah proses eliminasi ikatan rangkap pada minyak dengan penambahan gas H2 untuk merubah minyak tak jenuh (unsaturated) menjadi

minyak jenuh (saturated). Indikator untuk mengetahui jumlah ikatan rangkap pada minyak adalah Iodine Value (IV). Semakin rendah IV maka semakin sedikit pula ikatan rangkap pada minyak.

Proses hidrogenasi dapat dibedakan menjadi 3 jenis yaitu :

a. Fully Hydrogenation adalah proses hidrogenasi untuk menghilangkan ikatan

rangkap secara keseluruhan. Target penurunan IV maksimal hingga 0-2. b. Partial Hydrogenation adalah proses hidrogenasi untuk menghilangkan hanya

sebagian ikatan rangkap.

c. Selective Hydrogenation adalah proses hidrogenasi untuk menghilangkan

sebagian ikatan rangkap pada posisi yang selektif sesuai dengan Solid Fat Content (SFC) yang diinginkan. Jenis ini hampir sama dengan Partial Hydrogenation.

Reaksi Hidrogenasi :

Ikatan-ikatan rangkap pada lemak dan minyak tak-jenuh cenderung membuat gugus-gugus yang ada di sekitarnya tertata dalam bentuk "cis". Suhu tinggi yang digunakan dalam proses hidrogenasi cenderung mengubah beberapa ikatan C=C menjadi bentuk "trans". Jika ikatan-ikatan khusus ini tidak dihidrogenasi selama proses, maka mereka masih cenderung terdapat dalam produk akhir lemak membentuk molekul-molekul lemak trans.

Gambar 2.9 : Reaksi hidrogenasi

Hidrogenasi adalah istilah yang merujuk pada reaksi kimia yang menghasilkan adisi hidrogen (H2). Proses ini umumnya terdiri dari adisi sepasang

atom hidrogen ke sebuah molekul. Penggunaan katalis diperlukan agar reaksi yang berjalan efisien sedangkan hidrogenasi non-katalitik hanya berjalan dengan kondisi temperatur yang sangat tinggi. Pada hidrogenasi terjadi proses pengubahan jumlah ikatan rangkap dalam suatu asam lemak oleh gas hidrogen (H2). Dengan hidrogenasi, terjadi penambahan atom hidrogen ke dalam ikatan

rangkap asam lemak sehingga jumlah ikatan rangkap tersebut berkurang atau ikatan rangkapnya terlepas. Perubahan jumlah ikatan rangkap akan mengarah pada perubahan sifat fisik dan kimia minyak, yang terlihat dari angka yodium atau Iodine Value (IV), kandungan lemak padat atau Solid Fat Content (SFC) dan titik leleh atau Slip Melting Point (SMP) produk. Jadi tujuan dilakukannya hidrogenasi antara lain :

 Memodifikasi minyak agar didapatkan Solid Fat Content (SFC) yang diinginkan.

 Merubah Iodine Value (IV) produk.

 Menghilangkan ikatan rangkap, sehingga produk lebih stabil terhadap oksidasi.

 Merubah Fatty Acid composition produk.

Reaksi hidrogenasi parsial dengan mengaddisi gas hidrogen memakai katalis Ni dapat dilihat sbb :

a. Pembentukan cis dan trans hasil hidrogenasi parsial. Unsaturated triglyceride + H2 --> saturated triglyceride

Gambar 2.10 : Pembentukan cis / trans hasil hidrogenasi

b. Bentuk molekul cis dan trans dari hasil hidrogenasi parsial.

Reaksi hidrogenasi merupakan reaksi yang bersifat eksotermis. Proses hidrogenasi melibatkan beberapa parameter penting yang perlu dikontrol, misalnya suhu, jumlah katalis, tekanan gas dan jumlah gas yang digunakan (volume gas). Dengan mempelajari kondisi proses hidrogenasi maka diharapkan dapat diperoleh karakteristik produk hasil hidrogenasi yang sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan. Untuk mempercepat hidrogenasi pada reaktor,

digunakan bahan yang disebut dengan katalis. Katalis yang sering dipakai untuk proses hidrogenasi adalah Nikel (Ni). Keuntungan menggunakan Nikel antara lain adalah ketersediaannya dan lebih murah bila dibandingkan katalis lain. Secara umum, reaksi kimia yang terjadi pada hidrogenasi adalah:

• Oil + Catalyst  Oil-Catalyst (complex)

• Oil-Catalyst (complex) + H2 Hydrogenated Oil + Catalyst

Langkah reaksi addisi gas hidrogen terdiri dari langkah 1 dan 2 seperti terlihat dibawah ini : membentuk minyak – katalis (kompleks). Gas hidrogen diadsorbsi pada permukaan katalis.

 Gas H2 diserap pada permukaan katalis Ni secara parsial atau penuh sehingga terjadi perpisahan ikatan atom H --- H

 Ikatan π pada alkene membentuk kompleks dengan logam Ni.  Oil + Catalyst  Oil-Catalyst (kompleks).

Gambar 2.12 : Reaksi addisi gas hidrogen

Langkah 3 dan 4 : dua atom H akan ditransfer dan dari ikatan rangkap dua menjadi ikatan tunggal. Ikatan rangkap dua ini segera akan mengaddisi gas hidrogen yang terikat pada permukaan katalis Ni.

 Dua atom H ditransfer berturut-turut ke ikatan π pada langkah 3 dan 4 membentuk alkana (jenuh ,ikatan rangkap dua menjadi ikatan tunggal).  Karena produk alkana tidak mempuyai ikatan π yang membentuk senyawa

komplex dengan logam, sehingga dilepaskan dari permukaan katalis.  Oil-Catalyst (complex) + H2 Hydrogenated Oil + Catalyst.

Gambar 2.13. Reaksi penjenuhan ikatan rangkap

c. Pembentukan cis dan isomer trans setelah reaksi hidrogenasi sbb : Unsaturated triglyceride + H2 --> saturated triglyceride.

d. Proses hidrogenasi secara singkat dapat dilihat pada bagan berikut ini:

Gambar 2.15 : Diagram alur proses hidrogenasi

e. Oksidasi – reduksi dari alkena dengan hidrogenasi memakai katalis logam.  Ketika minyak nabati tidak jenuh di reaksikan dengan hidrogen,

beberapa atau semua ikatan π yang dijenuhkan oleh atom H akan meningkatkan titik leleh minyak.

 Margarin disiapkan untuk hidrogenasi parsial memberikan suatu produk yang konsisten dan mendekati produk cocoa butter.

Gambar 2.16 : Reaksi oksidasi – reduksi dengan hidrogenasi

2.2.8 Kebutuhan Katalis dan H2 untuk reaksi

Kebutuhan katalis antara 0,1% - 0,2% dari minyak yang akan diproses.

Secara teoritis Kebutuhan Gas H2 sebenarnya adalah : setiap penurunan 1 (satu)

angka IV sama dengan kebutuhan 1 m3 Gas H2 tiap 1 (satu) Ton minyak.

Jadi Kebutuhan Gas H2 per-ton Minyak adalah :

H2 (m3) = 1 x ( IVawal - IVakhir )

=฀IV = m3 / ton Pendekatan Hukum Gas Ideal : P . V = n . R . T

Dimana :

P = tekanan, 105 Newton / m2

V = volume gas

R = 8,314 j / mol oK = 8,314 Newton . m / mol oK

T = 273 oK

253,4

10

BM

W

n

6





P

)RT

n

(n

V



oil



fat

BM = Berat Molekul Minyak, 253,4

n = mol minyak

n berubah setelah ditambahkan gas H2 karena Berat Molekul naik, sehingga

diasumsikan sebanding dengan perubahan IV Sehingga,

P

Weight

Mol

100

T

R

Oil

Weight

)

IV

(IV

V

oil fat

H₂















5 6 fat oil H

10

253,4

100

273

8,314

10

)

IV

(IV

V

2















/ton

m

)

IV

(IV

0,90

V

_{H oil fat} 3

Jadi Kebutuhan Gas H2 per-ton Minyak adalah :

H2 (m3) /Ton minyak = 0.9x ( IVawal - IVakhir )

= 0.90 x ฀IV

Operasional proses kebutuhan Gas H2 tidak mesti sesuai dengan teori , karena

ada faktor – faktor yang bisa mempengaruhi antara lain suhu, tekanan, pengadukan, konsentrasi katalis, jenis katalis dan sumber minyak.

Kebutuhan Gas H2 per-ton Minyak di Operasional sekarang adalah :

H2 (m3) /Ton minyak = 1.15 x ( IVawal - IVakhir )

= 1.15 x ฀IV

2.2.9 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Hidrogenasi

Hidrogenasi merupakan reaksi yang melibatkan 3 fase yang berbeda yakni minyak (cair), hidrogen (gas) dan katalis (padat). Reaksi terjadi pada permukaan katalis dimana minyak dan molekul gas hidrogen diserap kemudian terjadi kontak antara keduanya. Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi proses hidrogenasi antara lain :

 Suhu

Hidrogenasi berjalan lebih cepat seiring dengan kenaikan suhu operasi. Kenaikan suhu akan menurunkan kelarutan gas hidrogen dalam minyak namun meningkatkan kecepatan reaksinya. Oleh karena itu, kenaikan suhu akan meningkatkan selektivitas, pembentukan trans isomer dan kecepatan reaksi yang menghasilkan kurva SFC yang curam. Karena reaksi hidrogenasi merupakan reaksi eksotermis, maka penurunan 1 (satu) iodine value akan menaikkan suhu reaksi sebesar 1,6 oC hingga 1,7 oC. Kenaikan suhu ini akan mempercepat reaksi hingga dicapai titik optimum. Suhu optimum beragam untuk tiap produk, namun sebagian besar minyak mencapai titik optimumnya pada suhu maksimum 230 oC hingga 260o C.

 Tekanan

Hidrogenasi edible fats dan oil dilakukan pada tekanan antara 0,8 hingga 4 atm. Pada tekanan rendah, gas hidrogen yang terlarut dalam minyak tidak

dapat menyelimuti permukaan katalis sedangkan pada tekanan tinggi, gas hidrogen telah siap untuk menjenuhkan ikatan rangkap minyak.

 Agitasi atau pengadukan

Fungsi utama dari agitasi adalah untuk menyuplai hidrogen terlarut pada permukaan katalis, tapi massa reaksi tersebut harus pula diaduk agar terjadi distribusi panas ataupun pendinginan sebagai kontrol suhu dan distribusi suspensi katalis dalam minyak sebagai penyeragaman reaksi.

 Konsentrasi katalis

Kecepatan reaksi hidrogenasi meningkat seiring dengan peningkatan jumlah katalis hingga suatu titik. Peningkatan kecepatan reaksi tersebut disebabkan oleh peningkatan permukaan aktif dari katalis. Titik maksimum tercapai karena pada kadar sangat tinggi, hidrogen tidak mampu terlarut cukup cepat untuk menyuplai jumlah katalis yang tinggi.

 Jenis katalis

Katalis adalah suatu bahan kimia yang dapat meningkatkan laju suatu reaksi tanpa bahan tersebut menjadi ikut terpakai; dan setelah reaksi berakhir, bahan tersebut akan kembali ke bentuk awal tanpa terjadi perubahan kimia. Penggunaan katalis dapat menurunkan tingkat aktivasi energi yang dibutuhkan, membuat reaksi terjadi lebih cepat atau pada suhu yang lebih rendah.

Pemilihan katalis memiliki pengaruh yang cukup kuat terhadap kecepatan reaksi, selektivitas dan isomerisasi geometris. Jenis high-selectivity catalyst memungkinkan penggunanya untuk mengurangi asam linolenat tanpa menghasilkan asam stearat berlebih, sehingga diperoleh produk dengan oxidative stability yang baik dan bertitik leleh rendah. Contohnya, katalis copper-chromite telah digunakan dalam hidrogenasi selektif dari asam linolenat menjadi asam linoleat dalam minyak kedelai agar diperoleh produk flavor-stable salad oil.

 Catalyst poison

Refined oil dan gas hidrogen dapat mengandung pengotor yang dapat meracuni atau memodifikasi katalis. Racun (poison) tersebut mengurangi konsentrasi katalis sehingga dapat mengubah selektivitas, isomerisasi dan

kecepatan reaksi. Gas hidrogen bisa mengandung gas CO, H2S atau amoniak

sedangkan refined oil bisa mengandung sabun, senyawa sulfur, fosfatida, asam lemak bebas (FFA) ataupun senyawa lain yang dapat mengubah katalis. Pengotor sulfur misalnya, terutama mempengaruhi aktivitas yang mempercepat isomerisasi dengan menghambat kapasitas dari katalis nikel untuk menyerap dan memecah hidrogen. Fosfor dalam bentuk fosfatida dan sabun mempengaruhi selektivitas dengan menutup tempat masuk pada pori katalis yang mencegah keluarnya trigliserida dengan tingkat kejenuhan yang lebih tinggi. Moisture dan asam lemak bebas merupakan deactivator yang dapat mengurangi kecepatan reaksi hidrogenasi karena bereaksi secara kimia dengan katalis membentuk nickel soaps.

 Katalis logam mulia.

Logam mulia seperti platinum, palladium, ruthenium, rhodium, Au, Ag, baik tunggal atau kombinasi merupakan jenis katalis yang banyak dipergunakan sebagai katalis. Keuntungan penggunaan katalis logam mulia karena memiliki tingkat aktivitas yang tinggi, selektifitas yang baik, dan daya tahan yang baik sehingga jangka waktu penggantiannya lama.

Platinum: merupakan katalis logam mulia yang paling banyak dipergunakan.

Katalis ini memiliki aktivitas yang tinggi dalam proses hidrogenasi, dehidrogenasi, oksidasi, dll.

Ruthenium: katalis ruthenium memiliki aktivitas yang tinggi dalam

hidrogenasi senyawa karbonil alifatik dan cincin aromatik pada kondisi medium tanpa reaksi sampingan.

Rhodium: merupakan katalis yang memiliki aktivitas tinggi dalam

hidrogenasi senyawa aromatik. Katalis ini menghidrogenasi banyak senyawa aromatik pada suhu ruang dan tekanan normal.

Iridium: meskipun katalis iridium memiliki aktivitas yang rendah dan aplikasi

yang terbatas mengingat kelangkaannya, katalis ini mulai mendapat perhatian karena sifat reaksinya yang unik.

Logam-logam lain seperti Sn, Pb, Ni, Co, Ge digunakan sebagai promotor. Logam-logam ini dilapisi berbagai carrier/pembawa seperti alumina, silica, zeolit dan karbon.

 Bentuk Katalis. Selain tergantung pada bahan katalitik, bahan promotor dan

bahan pembawa (carrier), efektifitas fungsi katalitik juga ditentukan oleh bentuk dan ukuran katalis. Katalis dapat berbentuk pellet, granular, sarang lebah, atau serat agar memiliki kinerja yang optimum disesuaikan dengan tahapan proses produksi yang dijalani.

 Sumber minyak

Selektivitas hidrogenasi bergantung pada jenis asam lemak tak jenuh yang tersedia dan jumlah asam lemak tak jenuh per trigliserida.

Dari variabel proses di atas, dapat dilihat bahwa kecepatan reaksi meningkat sejalan dengan peningkatan suhu, tekanan, agitasi dan konsentrasi katalis. Selektivitas meningkat seiring dengan peningkatan suhu dan berakibat sebaliknya seiring dengan kenaikan tekanan, agitasi dan katalis. Isomerisasi ikatan rangkap meningkat seiring kenaikan suhu tapi menurun dengan peningkatan tekanan, agitasi dan katalis. Trans isomer juga dapat terjadi akibat penggunaan kembali (deaktivasi) katalis atau sulfur-poisoned catalyst.

Reaktivitas kimia dari asam lemak tak jenuh ditentukan oleh posisi sebagaimana juga jumlah dari ikatan rangkap dalam molekul. Reaktivitas meningkat secara signifikan dengan peningkatan dalam jumlah ikatan rangkap, baik dalam bentuk conjugated (dipisahkan hanya oleh satu ikatan tunggal) atau methylene-interrupted (dipisahkan oleh suatu unit -CH2-). Jika suatu asam lemak

memiliki 2 ikatan rangkap terisolasi (dipisahkan oleh 2 atau lebih methylene unit), reaktivitasnya hanya meningkat sedikit daripada asam lemak yang memiliki satu ikatan rangkap. Untuk proses hidrogenasi, dikenal minyak nabati yang biasanya digunakan dalam proses tersebut. Vegetable oil (minyak nabati) dapat dibagi dalam 3 kelompok, yaitu:

1. Saturated, seperti cocoa butter, minyak sawit

2. Oleic, seperti minyak zaitun, minyak kacang, canola oil, high-oleic sunflower

3. Linoleic, seperti minyak jagung, cottonseed oil, soybean oil, sunflower oil. (De Man, J.M and de Man ,L. (1994).

2.3 Sifat-sifat fisika minyak dan lemak

2.3.1. Solid Fat Content

Solid fat content (SFC) berkaitan dengan persentase minyak yang berupa padat pada berbagai suhu. Keseluruhan kurva tidak dapat diperkirakan hanya dengan penentuan pada satu variasi suhu; keseluruhan kurva SFC diperlukan untuk memahami karakteristik produk (minyak) pada berbagai suhu.

Metode awal yang digunakan untuk memperkirakan persentase padatan pada lemak adalah dilatometry (AOCS Cd 10-57). Hasilnya disebut solid fat index. Namun, metode ini memakan waktu dan bersifat subjektif. Metode tradisional ini merupakan metode yang lambat, tak dapat diulang dan membutuhkan tambahan zat kimia. Sekarang ini, low-resolution nuclear magnetic resonance (NMR) telah digunakan untuk menghitung jumlah relatif cairan dan padatan lemak dalam sample, berdasarkan perbedaan tingkat relaksasi proton dalam kedua fase setelah sample diberi pulse. Pengukuran langsung SFC dengan NMR dapat berlangsung dengan cepat dan akurat. Dengan kalibrasi yang cukup memberikan penentuan langsung atas persentase padatan lemak, dan hasilnya disebut solid fat content. Analisa ini memerlukan waktu yang lebih pendek dibandingkan dilatometry, tapi peralatannya lebih mahal.

Penentuan SFC dengan NMR didasarkan pada rasio langsung antara komponen solid dan liquid dari sample yang dianalisa dalam NMR FID. Pada prinsipnya, setelah eksitasi sample oleh 90o RF pulse maka FID (Free Induction Decay) akan terdeteksi. FID merupakan signal yang timbul bersamaan dengan proses relaksasi proton hidrogen magnetis berputar yang kembali pada kondisi equilibrium setelah diganggu oleh RF pulse. FID menampung ”peranan” baik dari bagian solid maupun liquid. Putaran proton pada bagian liquid dari sample berelaksasi kembali ke kondisi equilibrium lebih lambat daripada komponen yang berfase solid. Sehingga, sinyal panjang dianalisa sebagai proton fase liquid dan signal cepat dianalisa sebagai komponen fase solid.

Solid Fat Content (SFC) merupakan analisa minyak dan lemak yang diterima secara umum dalam industri makanan dan NMR merupakan metode

analisa yang telah diakui oleh sistem standarisasi AOCS Cd 16b-93 (revisi pada tahun 2000) di USA dan ISO 8292 (di Eropa) (http://www.process-nmr.com/).

2.3.2. Melting Point

Ketika suatu senyawa kimia murni dipanaskan, maka terjadi perubahan (transisi) fase dari padat menjadi cair pada suhu tertentu. Saat cairan tersebut didinginkan, transisi akan berjalan sebaliknya pada suhu yang sama. Ketajaman melting point adalah salah satu tes kemurnian bahan. Lemak alami, bukanlah senyawa yang murni tapi lebih merupakan campuran trigliserida yang disusun oleh beragam asam lemak. Karena itu, pelelehan lemak berlangsung secara gradual.

Melting point pada asam lemak bervariasi tergantung pada beberapa aturan sederhana, yaitu:

 Peningkatan panjang rantai meningkatkan melting point

 Peningkatan tingkat kejenuhan meningkatkan melting point

 Perubahan isomer cis menjadi trans meningkatkan melting point

2.3.3. Slip Melting Point

Metode ini tidak banyak digunakan di Amerika Serikat tapi sering digunakan di negara lain. Sample diletakkan pada tabung kapiler, tapi kedua ujungnya dibiarkan terbuka. Setelah pembekuan, tabung diletakkan secara vertikal pada waterbath dan dihangatkan secara perlahan. Slip melting point adalah suhu dimana lemak atau minyak mulai naik pada jarak tertentu dalam kapiler.

2.3.4. Iodine Value

Iodine Value (IV) menunjukkan tingkat ketidakjenuhan suatu minyak. Iodine (I2) dapat diadisikan pada ikatan rangkap dalam asam lemak tak jenuh.

Reaksi ini (dengan berbagai variasi untuk mempercepat) digunakan untuk mengukur kejenuhan minyak. Hasilnya dijelaskan sebagai gram iodine yang

terserap oleh 100 gram minyak/lemak. Reaksi berlangsung baik pada ikatan rangkap konfigurasi cis ataupun trans.

2.3.5. Aplikasi Produk Hidrogenasi

Fungsi utama dari minyak dan lemak dalam industri makanan adalah sebagai sifat lubricity dan strukturalnya. Lubricity menunjukkan kesan lembut dan kekayaan rasa serta peningkatan karakter makanan; lubricity juga memberikan perasaan puas setelah makan. Sifat struktural dari minyak dan lemak mempengaruhi konsistensi makanan lewat aerasi, kemampuan pengembangan, titik leleh, kemampuan pengolesan dan berbagai fungsi lainnya. Kedua sifat dalam minyak nabati tersebut ditentukan oleh komposisi dan distribusi asam-asam lemak pada suatu trigliserida.

Minyak nabati dengan kandungan asam lemak seperti asam linoleat, oleat maupun linolenat hanya memiliki sifat lubricity dan kurang akan karakter struktural; tapi hal ini dapat dibentuk dengan proses hidrogenasi. Fleksibilitas hidrogenasi memungkinkan variasi struktur yang luas yang dapat dimodifikasi lebih lanjut dengan proses blending untuk memperoleh rasio solid dan liquid sesuai aplikasi yang diinginkan.

Beberapa contoh aplikasi produk hidrogenasi pada bidang confectionery (gula-gula) adalah cocoa butter. Produk ini membutuhkan kurva SFC yang curam, yang membuatnya kaku, dengan range titik leleh yang pendek sehingga memastikan terjadinya pelelehan tiba-tiba dan memberi mouth-feel yang enak. Produk ini biasanya digunakan sebagai bahan pengganti cokelat (substitute) atau sebagai coating / pelapis dari bahan makanan seperti biskuit, cake dan sebagainya. Beberapa jenis cocoa butter atau disebut pula hard butter adalah:

1. Cocoa butter equivalent – dibuat dari beberapa specialty fat yang tak

terhidrogenasi, yang mengandung asam lemak dan trigliserida tak jenuh yang sama. Produk ini dapat menggantikan komposisi cokelat asli hingga kadar 90-100%.

2. Lauric cocoa butter substitute (CBS) – merupakan produk yang dibuat dari

interesterifikasi, fraksinasi, ataupun gabungan proses-proses tersebut. Produk ini dapat menggantikan komposisi cokelat asli hingga kadar 5-10%.

3. Nonlauric CBS, dibagi lagi menjadi 2 golongan, yaitu:

1. Hidrogenasi selektif, dimana minyak tidak jenuh dihidrogenasi secara selektif oleh katalis menjadi produk dengan kadar trans-isomer yang tinggi dan pembentukan asam stearat yang rendah sehingga titik lelehnya dapat dijaga hanya sedikit di atas suhu tubuh.

2. Fraksinasi hidrogenasi selektif, dimana fraksi non-laurat dipilih dengan kadar SFC yang tinggi pada suhu ruang dan aroma yang lebih baik daripada produk yang belum difraksinasi.

2.4 Modifikasi Lemak / minyak

Modifikasi lemak dan minyak bertujuan untuk memperluas penggunaan minyak nabati untuk memperoleh sifat-sifat yang diinginkan seperti : Titik leleh, Stability terhadap oksidasi, Kandungan asam lemak tak jenuh, Perubahan komposisi dan distribusi asil dari asam lemak dalam molekul glierida, sehingga menghasilkan sifat-sifat yang berbeda dari sebelumnya.

Beberapa proses atau reaksi kimia yang digunakan untuk tujuan modifikasi lemak dan minyak yaitu : Hidrogenasi, Interesterifikasi dan Blending.

2.4.1 Interesterifikasi

Esterifikasi merupakan reaksi antara asam karboksilat dan alkohol untuk membentuk ester secara umum.

Interesterifikasi adalah suatu reaksi dimana ester trigliserida atau ester asam lemak diubah menjadi ester lain melalui reaksi dengan suatu alkohol (alkoholisis), asam lemak (asidolisis) dan transesterifikasi. (Sreenivasan, B. 1978, JAOCS. Soc. 55,11 : 796-805).

Interesterifikasi merupakan reaksi suatu ester dengan ester lainnya atau ester interchange. Pengaruh interesterifikasi terhadap minyak dan lemak sangat tergantung kapada komposisi dan distribusi asam lemak. Campuran lemak yang memiliki kandungan asam lemak jenuh yang tinggi dengan minyak cair akan

Devinder Singh., Brent Dringenberg, Peter Pfromm, Mary Rezac.,2006, Partial Hydrogenation of vegetable oil using Membrane Reactor Technologi.

Dijkstra AJ., 2006, Revisiting the formation of trans isomers during partial hydrogenation of triacylglycerol oils. Eur J Lipid Sci Technol 108:249–264. Dijkstra, AJ., 2006, Revisiting the formation of trans isomers during partial

hydrogenation of triacylglycerol oils. Eur J Lipid Sci Technol 108:249–264. F. D. Gunstone, 2001, Structured and Modified Lipids, Dekker, New York.

Grothues, B. G. M.. 1985, “Hdyrogenation of palm and lauric oils.” JAOCS. 62. 390-399.

Gunstone F.D., 2000, Edible Oil Processing, Sheffield Academic Press, Sheffield, U.K.

Gunstone Frank D.,2005 , Vegetable Oils 6 , Bailey’s Industrial Oil and Fat Products, Sixth Edition, Six Volume Set. Edited by Fereidoon Shahidi. Hamilton , R.J. and J.B. Rosell., 1986, Analysis of Oils and Fats. Elsevier

Applied Science Publishers Ltd, London.

Han,S.N.,.Leka LS, Lichtenstein,L.M, Ausman,E.J, Schaefer and S.N.Meydani, 2002 , Effect of Hydrogenated and Saturated,Realtive to Polyunsaturated,Fat on Immune and Inflammatory Responses of Adults With Moderate Hypercholesterolemia, J.of Lipid Reseach, 43 : 445-452.

Hasenhuettl GL., 2005 , Fats and Fatty Oils. John Wiley & Sons, Inc.

Hunter,T.L., L.S.Pederson,P.M. Nielsen, M.W. Cristensen, D.Kristensen, H.C. Holm , 2007, Enzymatic Interesterification , Palm Oil Developments.

Indris,N.A, and Mat Dian ,N.L., 2005, Interesterified Palm Products as Alternatives to Hydrogenation , Asia Pac.J.Clin.Nutr, 14(4):396-401.

Jovanovic,D. Radovic,R. Mares,L.,Stankovic,M and Markovic, Branislav.,1998, Nickel Hydrogenation catalyst for tallow hydrogenation and for the selective hydrogenation of sun flower seed oil and soybean oil. Catalysis Today. 43.21-28.

Judd,J.T., B.A. Clevidence, R.A. Muesing,J.Witter, M.E. Sunkin,J.J. Podezasy, 1994, Dietary Trans Fatty Acids : Effects on Plasma Lipids and Lipoprotein of Health Men and Women, Am.J.Clin.Nutr.59: 861-868.

Julia Maulina , 2001, Pembuatan pengganti mentega coklat (cocoa butter substitute) melalui reaksi interesterifikasi antara minyak kelapa ,stearin

K.Sofjan ,Firdausi,Istianah,Indras Marhaendrajaya, 2008, “Studi pengaruh Medan Radio Frekuensi (RF) pada minyak goring, Berkala Fisika, Vol 11, No. 1. Kurt G , 2005, The use of Palm Oil in Frying.

Kurvinem J.P., Sjovall O., Tahronen, R., Anklam E., and Kalio H., 2002, Rapid MS Method for Analysis of Cocoa Buttter TAG. JAOCS, 79 (7), 621-625. Linda Masniary Lubis, 2007, Studi pencampuran mentega coklat masing-masing

dengan RBDPS, RBDPO, PKO, dan minyak kelapa melalui metode blending. List, G.R.,Emka EA, Kwolek,WF, Simpson TD, and Dutton,HJ., 1977 , Zero

Trans Margarine, Preparation, Structure and Properties of Interesterified soybean Oil-seed Trisaturated Blends, JAOCS.Soc. 54, 10: 408-413.

Lyle F. Albright, 2002 , Transfer and Adsorption Steps Affecting Partial Hydrogenation of Triglyceride Oils.

Manny Noakes and Peter M Clifton., 1998, Oil Blends Containing partially hydrogenated or interesterified fats : differential effects on plasma lipids. Am,J.Clin Nutr, : 68 :242-7.

Martin ,JC., Nour,M., Lavillonniere,F. and Sebedio,JL. 1998, Effect of fatty acid positional distribusi and triacylglycerol composition on lipid by-product formation during heat treatment : II. Trans isomers.JAOCS Soc 75(9): 1073-78.

Martinez, D.P., C.A. Salas, M.C. Alonso, E.D., Alvarado, J.F.D. Vasquez , 2007, The Cooling Rate Effect on the Microstructure and Rheological Properties of Blends of Cocoa butter With Vegetable Oils, Food Reseach International , 40:47-62.

Mayamol,PN., Samuel,T., Balachandran,C., Sundaresan, A.,and Arumughan,C., 2004, Zero-trans Shortening Using Palm Stearin and Rice Bran Oil , JAOCS. Mensink, RP., Zock, PL,, Katan and Hornstra, G., 1992, ,Effect of dietary cis and trans fatty acid on serum lipoprotein (a) levels in humans. J, Lipid Res.33 : 1493-1501.

Mielke,S., 2002, The Revised Oil World 2020—Supply, Demand and Prices, ISTA Mielke GmbH, Hamburg, Germany.

Minifie, B.W.,1989, Chocolate,Cocoa and Confectionary, California Science and Technologi, Consultan to the Confectionary Industry Research Richardson Inc, Hayward.

Moran,D.P.J. dan K.K. Rajah, 1994, Fats in Food Products. Blackie Academic and Professional, Glasgow.

Mousata , C.O. dan Akoh., 1998, Influence of Lipase-Catalized Interesterifikasi on the Oxidative Stability of Melon Seed Oil Triacylglycerol. J.Am.Oil Chem. Soc. 75,9:1155-1159.

Musavi, A., Cizmeci, M., Tekin, A., Kayahan, M., 2008, Effects of hydrogenation parameters on trans isomer formation, selectivity and melting properties of fat. Eur J Lipid Sci Technol 110:254–260.

O’Brien, R.D., 2008, Fats and Oil , Formulating and Processing For Aplication , Second Edition, Inc.USA.

O’Brien, Richard D. 2004, Fats and Oils, Formulating and Processing for

Applications, 2nd edition. CRC Press : Florida, USA.

Oomen, CM., Ocke MC., Feskens EJM., Kok Fj., and Kromhout , D. 2001, Association between trans fatty acid intake and 10-year risk of coronary heart disease in the zulphen elderly study : a prospective population-based study. Lancet 57, March 10 : 746-751.

Parkin,KL, 2002, Food Lipids—Chemistry, Nutrition, and Biochemistry, 2nd ed., Marcel Dekker, New York.

Pat Kendall, 2006, “Trans fat disclosure now required on nutrition facts labels”. Petrauskaite, V., W.D.Grey, M. Kellens and A Huyghebaert , 1999, Physical and

Chemical Properties of Trans Free Fats Produces by Chemical Interesterification of Vegetable oils blends, JAOCS , 75(4): 489-493.

Pintauro PN , 2001, Synthesis of a low-trans content edible oil, non-edible oil, or fatty acid in a solid polymer electrolyte reactor, US Patent 6218556 B1. Przbylski,R., and Mag,T., 2002, Vegetable Oils in Food Technology, Blackwell

Publishing, Oxford, U.K.

Ratu Ayu Dewi Sartika, 2009, Pengaruh suhu dan lama proses menggoreng (Deep Frying) terhadap pembentukan asam lemak trans.(Makara,Sains,Vol.13,No. 1 : 23-28), Departemen Gizi Kesehatan , FKM, UI ,Depok .

Reed Alan, W., Hilton and Donald E., 1984, Liquid Chromatographic Method for Quantitative Determination of Free Fatty Acid in Butter., JAOCS : 67 : 94 , 718-721.

Reyes,J., Hernandez,E., 2007, Physicochemical and Rheological Properties of Crystallized Blends Containing trans free and partial Hydrogenated soybean oil.,JAOCS., 84: 1081-1093.

Sebedio, JL and Chardigny, JM., 1996, Physiological Afffect of trans and Cyclic Fatty Acid. In : Perkins, E.G. and Erickson,M.D. (eds). Deep Frying,

Shen Z., Birkett A., Augustin M.A. , Dungey S., and Verteeg C., 2001, Melting Behavior of Blends of Milk Fat with Hidrogenation Coconut and Cottonseed Oil, JAOCS,78 (4) 387-394.

Shirley Perryman, and Martha Stone ., 2006 ,Trans Fat , New Labels , Department of Food Science and Human Nutrition , Colorado State University.

Shukla, V.K.S, 1995, “ Confectionary fats” , Development in Oils and Fats, edited by R.J.Hamilton, School of Chemical and Physical Science Liverpool John Moores University Liverpool, 66-94.

Shukla, V.K.S,” 1997, Chocolate the Chemistry of Pleasure” , INFORM,8, (2) February.

Silalahi, J., 2002, Asam lemak trans dalam makanan dan pengaruhnya terhadap kesehatan, Jurnal Teknol dan Industri Pangan,Vol XIII ,No. 2Th.

Silalahi,J., 1999, Modification of fats and oils. Media Farmasi. 7 (1): 1-16.

Singh Devinder , Rezac M.E., Pfromm P.H., 2009 , “Partial Hydrogenation of Soybean Oil with Minimal Trans Fat Production Using a Pt –Decorated Polymeric Membrane Reactor.” JAOCS 86:93-101.

Smidovnik ,A., Stimac, A. and Kobe, J., 1992, Catalytic Transfer Hydrogenation of Soybean Oil. JAOCS. 69. 5-8.

Sreenivasan, B., 1978, Interesterification of Fats. JAOCS. Soc. 55,11 : 796-805. Stauffer, Clyde. E.,1996 ,Fats & Oils. American Association of Cereal Chemists,

Inc : Minnesota, USA.

Subbaiah PV, Subramanian VS, and Liu. 1998, Trans unsaturated fatty acid inhibit lecithin ; cholesterol acyl tansferase and alter its positional specifity. J Lipid Res. 39 : 1438-1447.

T. Jeyarani and S. Yella Reddy ., Preparation of plastic fats with zero trans FA from Palm Oil., JAOCS, Vol. 80 ,no. 11 (2003).

Tarigan, J., 2005 , Pembuatan pengganti mentega coklat (cocoa Butter Substitutes) melalui reaksi inteesterifikasi antara Refined Bleached Deodorized Palm Oil (RBDPO) dan Palm Kernel Oil (PKO) dengan menggunakan katalis natrium methoksida. Jurnal Sains Kimia , Vol. 9 , No.3: 3-6.

Tea Swee Sin , 2006, A Comparative Study on The Jet Loop Reactor and Continuos Stirred Tank In The Selective Hydrogenation of Palm Olein (IV=64).

Tsanev, R.A., Russeva,T.Rizov and Dontecheva,,1998, Content of Trans Fatty Acid in Edible Margarine, JAOCS. Soc. 75, 2 : 143-145.

Veldsink JW., 2001 ,Selective hydrogenation of sunflower seed oil in a three-phase catalytic membrane reactor. J Am Oil Chem Soc 78:443–446.

PERALATAN PENELITIAN

Gambar 1 : Hydro Reactor (Reaksi hidrogenasi)

Gambar 2 : IE Reactor (Reaksi Interesterifikasi)

Gambar 3 : CG (Varian) Gambar 4 : NMR (BRUKER) (Analisa FAC/TFA) (Analisa SFC)

Gambar 5 : Water Bath (Haake) Gambar 6 : Dosimat (Metrohm) (Analisa SFC) (Analisa IV)