52
10 20
30 40
50 60
70 80
90 100
1.46 1.61
1.74 1.84
1.95 Tekanan transmembran bar
Rejeksi
Naringin Limonin
Gambar 27 Pengaruh tekanan transmembran terhadap rejeksi membran. Tabel 8 Konsentrasi limonin dan naringin di dalam permeat dan retentat pada
berbagai tekanan transmembran
Tekanan transmembran
Konsentrasi limonin µg ml
-1
Rejeksi Limonin
Konsentrasi naringin µg ml
-1
Rejeksi Naringin
bar Umpan Permeat
Retentat Umpan
Permeat Retentat
1.46 25.51 5.31
3.47 79.20 259.20 61.20 43.20 76.39
1.61 26.12 5.61
4.29 78.52 434.2 101.2
99.2 76.69 1.74 27.35
2.04 2.24
92.54 339.2 97.2
90.2 71.34 1.84 15.41
4.80 3.16 68.87
361.20 99.20 105.20 72.54 1.95 24.39
3.78 3.37
84.52 422.2 89.2
87.2 78.87
4.1.7. Pengaruh laju alir terhadap fluksi jus dan rejeksi
Salah satu parameter operasi yang mempengaruhi fluksi permeat ketika tekanan transmembran tidak lagi berpengaruh adalah laju alir. Untuk melihat
pengaruh laju alir terhadap fluksi permeat, mikrofiltrasi jus jeruk dilakukan pada kondisi tunak. Dengan demikian kondisi operasi mikrofiltrasi jus dipertahankan
pada tekanan transmembran 1.70 – 1.95 bar dengan perlakuan variasi laju alir 0.05 m dtk
-1
– 0.09 m dtk
-1
. Pada kondisi tunak, fluksi batas tidak tergantung lagi tekanan tetapi menjadi
tergantung pada aliran atau perpindahan massa Shen Probstein 1977. Pada kondisi ini, terjadi keseimbangan antara laju perpindahan partikel dari permukaan
53
membran dengan laju deposisi partikel pada permukaan membran Youravong 2003. Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan laju alir meningkatkan
fluksi permeat Gambar 28. Peningkatan fluksi sangat mungkin terjadi, karena peningkatan laju air meningkatkan tegangan geser pada dinding membran,
sehingga dapat meningkatkan laju perpindahan partikel yang terdeposit meninggalkan permukaan membran Cassano et al. 2007b. Peningkatan
tegangan geser pada dinding membran meningkatkan koefisien perpindahan massa Pritchard et al. 1995 dan menyebabkan peningkatan fluksi permeat.
Gambar 28 menunjukkan bahwa pengaruh laju alir terhadap fluksi permeat bersifat tidak linier dan lebih mendekati bentuk eksponensial. Menurut Cheryan
1998 pengaruh laju alir terhadap nilai koefisien perpindahan massa
k
dan fluksi dinyatakan dalam bentuk eksponensial kecepatan, yaitu nilai
α
dalam persamaan J = fv
α
. Umumnya untuk aliran laminar, nilai
α
berkisar antara 0.3 – 0.6. Gambar 28 menunjukkan bahwa nilai
α
= 0.31. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa sistem aliran jus jeruk selama proses mikrofiltrasi adalah
laminar.
y = 42.498x
0.3075
R
2
= 0.9826
10 20
30 40
50 60
70 80
90 100
0.05 0.06
0.07 0.08
0.09 Laju alir m dtk
-1
Fluksi jus L m
-2
jam
-1
TMP=1.72-1.95 bar
Gambar 28 Pengaruh laju alir terhadap fluksi jus pada berbagai tekanan trans membran.
Selain fluksi, faktor lain yang harus diperhatikan dalam mikrofiltrasi adalah rejeksi membran. Hasil penelitian menunjukkan bahwa laju alir berpengaruh
terhadap rejeksi limonin, tetapi tidak mempengaruhi rejeksi naringin.
54
Pengoperasian mikrofiltrasi pada berbagai laju alir menunjukkan bahwa rejeksi membran terhadap limonin cenderung fluktuatif Gambar 29 dan
memperlihatkan perilaku yang hampir sama dengan perlakuan transmembran.
10 20
30 40
50 60
70 80
90 100
0.05 0.06
0.07 0.08
0.09 Laju alir m dtk
-1
Rejeksi
Limonin Naringin
Gambar 29 Pengaruh laju alir terhadap rejeksi membran. Rejeksi limonin menurun ketika digunakan laju alir 0.06 m dtk
-1
dan meningkat kembali pada laju alir 0.07 – 0.08 m dtk
-1
. Peningkatan laju alir menjadi 0.09 m dtk
-1
menyebabkan rejeksi limonin mengalami penurunan, sedangkan rejeksi naringin pada setiap perlakuan laju alir relatif konstan. Rejeksi
tertinggi dihasilkan pada kondisi operasi laju alir 0.08 m dtk
-1
, yaitu sebesar 92.54 untuk limonin dan 71.34 untuk naringin dengan nilai fluksi yang
dihasilkan sebesar 63.16 L m
-2
jam
-1
. Dengan demikian kondisi optimum untuk operasi mikrofiltrasi jus jeruk adalah pada tekanan transmembran 1.70 – 1.95
bar dan laju alir 0.08 m dtk
-1
. Pada Tabel 9 dapat dilihat bahwa konsentrasi limonin dan naringin di dalam permeat dan retentat tidak berbeda jauh yang
menunjukkan bahwa sebagian besar senyawa limonin dan naringin terdeposit pada membran.
Perbedaan tingkat rejeksi antara limonin dan naringin dimana rejeksi limonin cenderung lebih tinggi dibandingkan dengan rejeksi naringin serta profil
rejeksi limonin yang relatif tidak stabil dibandingkan dengan rejeksi naringin cukup menarik untuk dibahas. Kecenderungan ini terjadi hampir di seluruh
55
perlakuan padahal perbedaan bobot molekul keduanya tidak berbeda jauh, yaitu 470.5 Da untuk limonin dan 580 untuk naringin, jika dibandingkan dengan ukuran
Tabel 9 Konsentrasi limonin dan naringin di dalam permeat dan retentat pada berbagai laju alir
Laju Alir m dtk
-1
Konsentrasi limonin µg ml
-1
Rejeksi Limonin
Konsentrasi naringin µg ml
-1
Rejeksi Naringin
Umpan Permeat
Retentat Umpan Permeat Retentat
0.05 24.39 3.47 1.43 85.77 324.20
88.20 101.28 72.79
0.06 25.20 6.73 5.41 73.28 335.20
96.20 100.20 71.30 0.07 30.82 4.69 3.37 84.77 352.2 110.2 95.20 68.71
0.08 27.35 2.04 2.24 92.54 339.20
97.20 90.20 71.34 0.09 20.51 4.80 5.10 76.62
316.20 108.20 93.20 65.78
pori membran 100.000 Da. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh perbedaan tingkat kepolaran diantara keduanya. Perbedaan tingkat kepolaran kemungkinan
berpengaruh pada interaksi antara kedua senyawa dengan membran ketika proses mikrofiltrasi berlangsung. Membran mikrofiltrasi yang digunakan
berbahan baku polipropilena PP. Menurut Mulder 1996, membran polipropilena merupakan salah satu membran yang bersifat hidrofobik karena
berasal dari bahan non-organik . Perbandingan tingkat kepolaran limonin dan naringin belum banyak
dipublikasikan secara jelas, sehingga sulit untuk memastikan mana yang lebih polar karena kedua senyawa tersebut bersifat tidak larut dalam air. Namun
demikian, dari struktur kedua senyawa kemungkinan dapat diketahui perbedaan tingkat kepolaran dari keduanya. Struktur molekul naringin Gambar 2
mengandung disakarida yaitu glukosa dan ramnosa serta terdapat 2 gugus OH
-
lainnya sehingga relatif lebih mudah larut di dalam air dibandingkan dengan limonin yang pada struktur molekulnya Gambar 1 tidak mengandung gugus OH
-
. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa naringin memiliki tingkat kepolaran yang lebih tinggi dibandingkan dengan limonin walapun keduanya merupakan
senyawa nonpolar. Dengan kata lain, limonin memiliki sifat yang lebih hidrofobik dibandingkan dengan naringin. Perbedaan tingkat hidrofobisitas ini
menyebabkan interaksi kedua senyawa dengan membran juga berbeda. Sifat hidrofobisitas limonin yang lebih tinggi menyebabkan limonin lebih mudah
berinteraksi dengan membran yang juga bersifat hidrofobik sehingga menjadi lebih mudah teradsorpsi pada dinding membran. Hal ini diduga menyebabkan
tingkat rejeksi limonin lebih tinggi dan relatif tidak stabil. Sebaliknya sifat hidrofobisitas naringin yang lebih rendah menyebabkan interaksi naringin dengan
56
membran tidak atau agak sulit terjadi sehingga lebih banyak molekul yang dapat melewati membran sebagai permeat.
4.1.8. Kualitas jus jeruk hasil mikrofiltrasi