Evaluasi Kinerja Beberapa Adsorben Terhadap Pengurangan Kadar Diasilgliserol Dan Asam Lemak Bebas Dalam Minyak Sawit Kasar
EVALUASI KINERJA BEBERAPA ADSORBEN TERHADAP
PENGURANGAN KADAR DIASILGLISEROL DAN ASAM
LEMAK BEBAS DALAM MINYAK SAWIT KASAR
KHOERUL BARIYAH
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Evaluasi Kinerja
Beberapa Adsorben terhadap Pengurangan Kadar Diasilgliserol dan Asam Lemak
Bebas dalam Minyak Sawit Kasar adalah benar karya saya dengan arahan dari
komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan
tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks
dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Januari 2016
Khoerul Bariyah
NRP F251130291
RINGKASAN
KHOERUL BARIYAH. Evaluasi Kinerja Beberapa Adsorben terhadap
Pengurangan Kadar Diasilgliserol dan Asam Lemak Bebas dalam Minyak Sawit
Kasar. Dibimbing oleh NURI ANDARWULAN dan PURWIYATNO
HARIYADI.
Indonesia merupakan negara produsen minyak sawit kasar (Crude Palm
Oil/CPO) terbesar di dunia. Pada tahun 2014, sekitar 55,2 % (32 juta ton) dari
total produksi minyak sawit kasar (Crude Palm Oil/CPO) dunia dikuasai oleh
Indonesia. Perkembangan terakhir berdasarkan data Oil World menunjukkan,
dalam kurun waktu 2010-2014, ternyata negara Indonesia juga merupakan
konsumen terbesar minyak sawit di dunia. Karena pentingnya CPO di Indonesia,
maka kualitas CPO yang dihasilkan harus sangat dijaga dan diperhatikan sehingga
dapat memenuhi kebutuhan domestik maupun internasional.
Dua komponen penting yang mempengaruhi kualitas CPO adalah
diasilgliserol (DAG) dan asam lemak bebas (ALB). CPO mengandung DAG dan
ALB dengan kadar yang tinggi. DAG dalam minyak sawit adalah prekursor
pembentukan senyawa karsinogen 3-MCPD ester, sedangkan ALB yang tinggi
dapat menurunkan stabilitas minyak. Penambahan beberapa jenis adsorben ke
dalam CPO akan mereduksi kedua komponen tersebut melalui interaksi
kepolaran. Biasanya reduksi DAG menggunakan adsorben dilakukan terhadap
minyak sawit yang telah dimurnikan dengan kandungan ALB yang rendah.
Sampai saat ini belum ada penelitian mengenai reduksi DAG dengan kadar ALB
yang tinggi dalam CPO. Tidak semua adsorben dapat menurunkan komponen
polar (seperti DAG) dalam minyak sawit. Selain itu, karakteristik awal CPO
diduga akan sangat menentukan proses adsorpsiyang terjadi. Sehingga tujuan
penelitian ini adalah untuk menentukan jenis adsorben yang paling baik dalam
menjerap diasilgliserol dan asam lemak bebas dalam CPO. Modifikasi
penambahan berbagai jenis adsorben sebelum pemurnian diharapkan dapat
meningkatkan kualitas CPO.
Penelitian dilakukan terhadap 3 jenis CPO berbeda kualitas (nilai ALB: 4, 6
dan 14) dan 6 jenis adsorben berbeda tingkat kepolaran (arang aktif, MgO,
Magnesol R-60, 3 jenis bleaching earth komersial). Proses kontak dilakukan pada
suhu 50 – 60 oC kondisi tanpa vakum. Hasil yang diperoleh pada kondisi tanpa
vakum belum dapat menurunkan DAG dan ALB secara signifikan terhadap ketiga
jenis CPO. Oleh karena itu dilakukan proses kontak pada suhu yang lebih tinggi,
yaitu 90 oC (dengan vakum) selama 30 menit dengan dosis adsorben 1 dan 3 %.
Karakterisitik CPO dan adsorben mempengaruhi proses reduksi DAG dan ALB.
Kombinasi antara adsorben bleaching earth tipe 1 dan MgO dapat menurunkan
ALB sebesar 70 % pada CPO dengan ALB 14 % dengan kondisi vakum, tetapi
tidak dapat menurunkan DAG. Penambahan beberapa adsorben pada kondisi
vakum dan tanpa vakum dapat menurunkan kadar total karoten dalam CPO, tetapi
adsorben MgO tunggal memiliki pengaruh terkecil karena perbedaan sifat
kepolaran antara keduanya.
Kata kunci: adsorben, asam lemak bebas, CPO, diasilgliserol.
SUMMARY
KHOERUL BARIYAH. Performance Evaluation of Selected Adsorbents to
Reduce Diacylglycerol and Free Fatty Acid in the Crude Palm Oil. Supervised by
NURI ANDARWULAN and PURWIYATNO HARIYADI.
Indonesia is the largest crude palm oil (CPO) producer in the world. In 2014,
55,2 % (32 million tons) of the world total CPO production is controlled by
Indonesia. The recent Oil World database show, in the period 2010 – 2014,
Indonesia is also the largest consumer of palm oil in the world. Because of the
importance of CPO in Indonesia, then the quality of CPO product must be highly
maintained such that it could suffice the needs of domestic and international.
Two components affecting the quality of CPO were diacylglycerol (DAG)
and free fatty acids (FFA). CPO contains the high values of DAG and FFA. DAG
in palm oil is known as the precursor of 3-MCPD esters compound, while high
FFA could reduce oil stability. The addition of an adsorbent would affect the
existence of those components through polarity interaction. DAG were usually
reduced by adsorbents on the refined palm oils with low FFA values. Research on
reduction of DAG in CPO (with high values of FFA) has not been done. Not all of
the adsorbents could reduce the polar component (such as DAG) in the CPO. In
addition, the initial characteristics of CPO may also influence the adsorption
process. Therefore the purpose of this study was to determine the best type of
adsorbent in reducing DAG and FFA in CPO. The modification using adsorbent
addition before refining process pottentially can increase the quality of CPO.
Research was carried out on three different types of CPO quality (as
indicated by FFA values of 4, 6 and 14 %) and six different types of adsorbents
with different polarity (activated carbon, MgO, Magnesol R-60, 3 types of
comersial bleaching earth). Contact process was performed at a temperature of 5060 oC (without vacuum). All of adsorbents have not been able to reduce both of
DAG and FFA significantly on the room condition. So that the process contacted
on the higher temperature, there is 90 oC (under vacuum) for 30 minutes at a dose
of adsorbent 1 and 3 %. Result showed that CPO and adsorbent characteristics
affected the reduction process of DAG and FFA. The combination of MgO and
bleaching earth type 1 could reduce FFA up to 70 % on CPO with FFA content 14
% on vacuum conditions, but did not reduce DAG. The addition of several
adsorbent under vacuum and without vacuum can reduce levels of total
carotenoids in the CPO, but single MgO adsorbent has the smallest effect due to
polarity differences between of them.
Keywords: adsorbents, free fatty acid, CPO, diacylglycerol.
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah, dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
EVALUASI KINERJA BEBERAPA ADSORBEN TERHADAP
PENGURANGAN KADAR DIASILGLISEROL DAN ASAM
LEMAK BEBAS DALAM MINYAK SAWIT KASAR
KHOERUL BARIYAH
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Ilmu Pangan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr Ir Tri Haryati, MS
Judul Tesis : Evaluasi Kinerja Beberapa Adsorben terhadap Pengurangan Kadar
Diasilgliserol dan Asam Lemak Bebas dalam Minyak Sawit Kasar
Nama
: Khoerul Bariyah
NIM
: F251130291
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Prof Dr Ir Nuri Andarwulan, MSi
Ketua
Prof Dr Ir Purwiyatno Hariyadi, MSc
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Ilmu Pangan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof Dr Ir Ratih Dewanti Hariyadi, MSc
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
Tanggal Ujian:
23 Desember 2015
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Penelitian
yang berjudul Evaluasi Kinerja Beberapa Adsorben terhadap Pengurangan Kadar
Diasilgliserol dan Asam Lemak Bebas dalam Minyak Sawit Kasar merupakan
tesis sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar Magister Sains Mayor Ilmu
Pangan pada Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Slamet Darso (ayah), Ibu
Rohmah (ibu), serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.
Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Prof Dr Ir Nuri Andarwulan,
MSi dan Prof Dr Ir Purwiyatno Hariyadi, MSc selaku pembimbing yang telah
banyak memberi bimbingan, pengarahan dan saran selama penelitian. Terima
kasih kepada Dr Ir Tri Haryati, MS selaku penguji luar atas sarannya untuk
perbaikan tesis ini. Ucapan terima kasih juga penulis haturkan kepada seluruh staf
dan pegawai SEAFAST Center IPB yang telah banyak membantu penulis dalam
melaksanakan penelitian. Dukungan dari Mas Fatkhullah dan Keluarga Arafah
juga diucapkan banyak terimakasih.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Januari 2016
Khoerul Bariyah
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vii
DAFTAR GAMBAR
vii
DAFTAR LAMPIRAN
viii
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Hipotesis
1
1
2
3
3
3
2 TINJAUAN PUSTAKA
Minyak Sawit
Diasilgliserol dan Asam Lemak Bebas dalam Minyak Sawit
Senyawa 3-MCPD Ester dalam Minyak Sawit
Karotenoid dalam Minyak Sawit
Adsorben dan Karakteristiknya
Proses Adsorpsi dan Interaksi Permukaan
Aplikasi Adsorben pada Minyak Sawit
4
4
5
8
10
11
13
15
3 METODE
Waktu dan Lokasi Penelitian
Bahan dan Alat
Prosedur Penelitian
Persiapan dan Karakterisasi Bahan Baku
Proses Kontak CPO dengan Adsorben
Analisis Pengaruh Adsorben terhadap Kualitas CPO
17
17
17
17
17
19
20
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Persiapan dan Karakterisasi Bahan Baku
Karakterisasi CPO
Karakterisasi Adsorben
Proses Kontak CPO dengan Adsorben
Proses Kontak tanpa Kondisi Vakum
Proses Kontak dengan Kondisi Vakum
Analisis Pengaruh Adsorben terhadap Kualitas CPO
Analisis Pengaruh Adsorben terhadap Kadar DAG dan ALB
Analisis Pengaruh Adsorben terhadap Kadar Total Karoten
21
21
21
21
25
25
27
29
29
31
5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
34
34
34
DAFTAR PUSTAKA
35
LAMPIRAN
39
RIWAYAT HIDUP
48
DAFTAR TABEL
1 Komposisi minyak kelapa sawit
2 Standar mutu minyak sawit SPB, Ordinary, dan minyak goreng sawit
3 Contoh karakteristik kualitas dan komposisi CPO
4 Kadar 3-MCPD ester dalam minyak nabati
5 Komposisi karotenoid dalam CPO
6 Perbandingan spektra FTIR Bentonit MX-80 dan Monmorolonite
SWy-2
7 Perbedaan adsorpsi fisika dan kimia
8 Contoh kombinasi adsorben dalam metode bleaching dan
pengaruhnya terhadap kualitas minyak sawit
9 Beberapa contoh penggunaan adsorben dalam minyak sawit
10 Formulasi adsorben pada kondisi tanpa vakum
11 Formulasi adsorben pada kondisi vakum
12 Karakteristik bahan baku minyak sawit kasar (CPO)
13 Hasil analisis spektra FTIR ketiga tipe bleaching earth komersial
14 Karakteristik fisik dan kimia bleaching earth komersial
15 Karakteristik kimia adsorben yang digunakan berdasarkan informasi
label kemasan dan analisis spektroskopi serapan atom
16 Perbandingan reduksi ALB dan DAG pada kondisi tanpa vakum
17 Perbandingan reduksi ALB dan DAG pada kondisi vakum
18 Korelasi matriks Pearson kandungan adsorben dan kadar ALB-DAG
pada CPO(ALB 14) pada kondisi vakum
19 Pengaruh jenis adsorben terhadap kadar karoten CPO dengan ALB
4 % pada kondisi adsorpsi tanpa vakum dengan dosis adsorben 1%
pada suhu 60 oC selama 30 menit
4
5
5
8
10
13
15
15
16
19
20
21
23
23
24
26
27
30
33
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
Reaksi disosiasi triasilgliserol
Hubungan antara asilgliserida dengan 3-MCPD yang terkandung
dalam minyak goreng (Lanovia et al. 2014)
Reaksi hidrolisis triasilgliserol menjadi gliserol dan asam lemak
Kemampuan dari minyak mentah untuk membentuk 3-MCPD ester
setelah melalui pemanasan standar pada suhu 240 oC selama 2 jam
(A, Rata-rata semua sampel; M, Malaysia; I, Indonesia; G, Ghana; C,
columbia; jumlah yang dianalisis ditunjukkan oleh angka; tanda bar
menunjukkan standar deviasi dari masing-masing sampel) (Mattháus
et al. 2011)
Mekanisme adsorpsi β-karoten pada sisi aktif asam Bronsted-Lewis
(Srasa and Ayedi, 2000 dalam Hussein et al. 2011)
Struktur magnesium silikat
Interaksi A. Gaya dipol-dipol, B. Gaya dipol induksian, C. Gaya
London (Effendy 2006)
6
7
7
9
11
12
14
8 Spektra XRD bleaching earth (A) tipe 1, (B) tipe 2, (C) tipe 3
9 Perubahan kadar DAG dan ALB proses kontak CPO dengan beberapa
adsorben tanpa kondisi vakum
10 Spektra hasil analisis kadar ALB dan gliserida sampel CPO dengan
GC-FID
11 Mekanisme interaksi antara karoten dan adsorben (Zuni 2009)
12 Pengaruh waktu dan suhu terhadap kadar karoten pada CPO (ALB 4)
dengan bleaching earth tipe 1 kondisi tanpa vakum
13 Pengaruh adsorben terhadap kadar total karoten pada CPO (ALB 6)
proses vakum pada suhu 90 oC selama 30 menit
22
25
29
31
31
32
DAFTAR LAMPIRAN
1 Rekapitulasi data kadar ALB, DAG, TAG dan total karoten CPO
setelah perlakuan dengan adsorben pada kondisi tanpa vakum (suhu 60
o
C selama 30 menit)
2 Rekapitulasi data kadar ALB, DAG, TAG dan total karoten CPO
setelah perlakuan dengan adsorben pada kondisi vakum (suhu 90 oC
selama 30 menit)
3 Spektrum FTIR bleaching earth tipe 1, 2 dan 3 serta Magnesol R-60
4 Gambar adsorben yang digunakan
5 Korelasi Pearson pengaruh adsorben (kandungan SiO2 dan MgO)
terhadap kadar DAG dan ALB ketiga CPO tanpa kondisi vakum
6 Korelasi Pearson pengaruh adsorben (kandungan SiO2 dan MgO)
terhadap kadar DAG dan ALB proses kontak CPO (ALB 6) pada
kondisi vakum
7 Gambar proses kontak CPO dengan adsorben pada (A) kondisi vakum
dan (B) tanpa kondisi vakum
39
40
41
43
44
46
47
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Konsumsi minyak nabati dunia, terutama minyak sawit, dari tahun ke tahun
mengalami peningkatan seiring dengan peningkatan jumlah penduduk. Rata-rata
peningkatan konsumsinya mencapai 24,77 % per tahun. Konsumsi minyak nabati
dunia didominasi oleh minyak sawit (sebesar 41 %) menurut data Oil World tahun
2014 (GAPKI 2014). Pada tahun 2014, sekitar 55,2 % (32 juta ton) dari total
produksi minyak sawit kasar (Crude Palm Oil/CPO) dunia dikuasai oleh
Indonesia. Selain itu, data Oil World dalam GAPKI (2014) juga menunjukkan
bahwa Indonesia merupakan negara konsumen minyak sawit terbesar di dunia
dalam kurun waktu 2010 – 2014, yaitu sebesar 15,8 %. Karena pentingnya CPO di
Indonesia, maka kualitas CPO yang dihasilkan harus sangat dijaga dan
diperhatikan sehingga dapat memenuhi kebutuhan domestik maupun
internasional.
Dua komponen yang menentukan kualitas CPO adalah kandungan
diasilgliserol (DAG) dan kadar asam lemak bebas (ALB). DAG merupakan
prekursor pembentukan senyawa kontaminan 3-MCPD ester. Senyawa 3-MCPD
ester merupakan senyawa yang mengandung satu atau dua asam lemak pada posisi
Sn-1 dan Sn-2 dengan gliserol sebagai rantai utama (Weiβhaar 2008; Zelinkovä et
al. 2006). Liu et al. (2012) telah mempelajari efek toksisitas akut secara oral dari
senyawa 3-MCPD monopalmitat dan 3-MCPD dipalmitat terhadap tikus Swiss.
Hasilnya menunjukkan bahwa 3-MCPD monopalmitat dapat menurunkan berat
badan dan meningkatkan serum nitrogen urea dan creatinin pada tikus yang mati
akibat pemberian senyawa tersebut. Minyak sawit mengandung kadar 3-MCPD
ester dengan kadar yang berbeda-beda setelah dilakukan pemanasan standar
(Matthäus et al. 2011). Penelitian Lanovia et al. (2014) terhadap sebelas sampel
minyak goreng sawit menunjukkan bahwa kandungan DAG dalam minyak goreng
sawit berkorelasi positif dengan kandungan 3-MCPD ester. Greyt (2010) juga
menyatakan jika kadar DAG lebih besar dari 4 %, maka kadar 3-MCPD ester
umumnya lebih besar dari 5 ppm. Adapun ALB yang tinggi dalam minyak sawit
tidak diinginkan karena dapat menurunkan stabilitas minyak selama penyimpanan
karena proses oksidasi maupun reaksi enzimatis (Ketaren 1986).
CPO mengandung DAG dan ALB dengan kadar yang tinggi. Penambahan
beberapa jenis adsorben dapat mereduksi kedua senyawa tersebut, diantaranya
lempung teraktifasi seperti zeolit dan bleaching earth (Strijowski et al. 2011) dan
material sintetik berbahan dasar silika (Clowutimon et al. 2011, Ermacora and
Hrncirik 2014). Penelitian Clowutimon et al. (2011) menunjukkan bahwa
magnesium silikat sintetik dari abu sekam padi dapat menjerap ALB dalam CPO
hingga 130 – 140 mg/g adsorben pada suhu 50 oC selama 2 jam. Strijowski et al.
(2011) menambahkan beberapa adsorben ke dalam minyak sawit hasil pemurnian
dan menunjukkan bahwa magnesium silikat (kadar 70 %) dan zeolit terkalsinasi
dapat menurunkan DAG hingga 25 % pada suhu 80 oC, tetapi adsorben lain tidak
bisa mereduksi secara signifikan. Sedangkan Ermacora and Hrncirik (2014) dapat
menurunkan kadar DAG pada CPO yang dilarutkan dalam pelarut organik hingga
99 % dengan kolom silika gel. Data Global Specialty Ingredient (materi promosi
2
komersial) juga menunjukkan magnesium silikat sintetik (Magnesol R60) dapat
menurunkan asam lemak bebas hingga 80 % (dari 0,09 menjadi 0,012 %) dan
menurunkan DAG 20 % (dari 4 menjadi 2,8 %) pada fraksi olein minyak goreng
sawit. Reduksi DAG hasil penelitian – penelitian tersebut umumnya dilakukan
terhadap minyak sawit hasil pemurnian dengan kandungan ALB yang rendah,
padahal umumnya CPO mengandung ALB yang tinggi (> 3 %). Hingga saat ini
belum ada penelitian mengenai reduksi DAG dengan kadar ALB yang cukup
tinggi dalam CPO.
Beberapa penelitian mengenai penambahan adsorben dalam CPO dilakukan
pada kondisi yang bervariasi (sebelum, saat maupun setelah proses pemurnian)
dengan waktu dan suhu tertentu. Selama proses adsorpsi terjadi penjerapan
beberapa molekul lain selain DAG dan ALB, diantaranya karoten. Kadar karoten
dalam minyak sawit merupakan penentu kualitas minyak tersebut. Oleh karena
itu, peninjauan mengenai penambahan adsorben terhadap kadar karoten pun perlu
dipelajari. Menurut Strijowski et al. (2011) tidak semua adsorben dapat
menurunkan komponen polar (seperti DAG) dalam minyak sawit. Hal tersebut
karena karakterisitik dari adsorben sangat menentukan proses adsorpsi yang
terjadi. Effendy (2006) menyatakan bahwa interaksi dapat terjadi jika adanya gaya
tarik antar molekul yang ditentukan oleh sifat kepolarannya. Sifat dan proses
adsorpsi sangat dipengaruhi oleh suhu dan kadar air, akan tetapi karakteristik
strsuktur, jenis dan dosis dari adsorben yang digunakan juga mempunyai peran
penting (Gibon et al. 2007). Adsorben yang memiliki keasaman tinggi akan
memiliki kemampuan adsorpsi yang lebih besar (Ahmadi dan Mushollaeni 2007,
Silva et al. 2014). Kombinasi antar adsorben juga berdampak terhadap proses
adsorpsi yang terjadi. Rossi (2003) juga telah mengkombinasikan silika sintetik
dengan lempung pemucat dan ternyata dapat mengurangi jumlah adsorben yang
digunakan serta berdampak sinergis. Karakteristik awal dari adsorbat (CPO) juga
akan menentukan proses adsorpsi dan belum banyak dilakukan pengaruhnya. Oleh
karena itu, masih perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai penambahan
adsorben dalam minyak sawit kasar dengan menitikberatkan pada karakteristik
awal CPO dan karakteristik adsorbennya.
Perumusan Masalah
Adsorben merupakan bahan yang dapat menjerap beberapa senyawa melalui
interaksi permukaan antara adsorben dengan senyawa tersebut. Penambahan
beberapa adsorben (terutama persenyawaan magnesium silikat) ke dalam CPO
sebelum proses pemurnian kemungkinan dapat menurunkan kadar DAG dan ALB
sehingga meningkatkan kualitas CPO. Akan tetapi molekul lain seperti karotenoid
pun dapat ikut terjerap oleh adsorben, padahal senyawa tersebut sangat
menentukan kualitas CPO. Oleh karena itu, perlu dipelajari pengaruh penambahan
adsorben pada CPO sebelum pemurnian untuk menurunkan kadar DAG dan ALB.
Tidak semua jenis adsorben dapat menjerap senyawa polar dan non polar
sekaligus dengan baik sehingga perlu dilakukan kajian pengaruh adsorben
terhadap ketiga senyawa tersebut berdasarkan karakteristik baik adsorben maupun
adsorbat. Interaksi antara adsorben dengan adsorbat sangat dipengaruhi oleh
kualitas CPO, jenis adsorben, kondisi dan suhu proses, serta waktu kontak
3
sehingga perlu dilakukan kontak antara beberapa jenis adsorben dengan CPO
pada kondisi tertentu, kemudian diukur kualitas minyak sawit yang dihasilkan
meliputi kadar karotenoid, ALB dan DAG.
Berdasarkan rumusan tersebut, maka terdapat beberapa hal yang perlu
diperhatikan yaitu:
1. Apakah adsorben dapat menjerap diasilgliserol (DAG) dan asam lemak
bebas (ALB)?
2. Bagaimana interaksi dan pengaruh yang terjadi antara adsorben dengan
beberapa komponen dalam minyak sawit?
3. Adsorben yang seperti apa yang dapat menurunkan karoten, ALB dan
DAG paling baik?
4. Apakah karakteristik CPO awal mempengaruhi penurunan kadar DAG dan
ALB oleh adsorben?
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan jenis adsorben yang paling
baik dalam menjerap DAG dan ALB dalam CPO. Penelitian dilakukan dalam tiga
tahapan. Tahap pertama adalah persiapan dan karakterisasi bahan baku, yaitu
karakterisasi CPO dan adsorben. Tahap ini bertujuan untuk mengetahui
karakteristik khusus dari adsorben dan adsorbat yang digunakan. Tahap kedua
penentuan formulasi adsorben, waktu kontak, dan kombinasi adsorben terhadap
salah satu jenis CPO untuk menentukan kondisi proses kontak selanjutnya. Tahap
terakhir adalah proses kontak adsorben dengan CPO pada kondisi ruang dan
vakum. Kualitas CPO dianalisis kandungannya (kadar karoten, asam lemak bebas,
dan kandungan diasilgliserol) dari sebelum dan setelah proses kontak. Modifikasi
penambahan berbagai jenis adsorben sebelum pemurnian diharapkan dapat
meningkatkan kualitas CPO.
Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah mendapatkan jenis adsorben (baik tunggal
maupun kombinasi) dan kondisi proses untuk menurunkan kadar DAG dan ALB
dalam minyak sawit kasar berdasarkan karakteristik adsorbennya. Selain itu,
penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai perubahan
karakteristik kimia CPO setelah melalui tahap penambahan adsorben dan dapat
menjadi metode tambahan menurunkan kadar prekursor potensial pembentukan
senyawa 3-MCPD ester dalam minyak goreng sawit.
Hipotesis
Karakteristik kepolaran adsorben dapat menyebabkan adanya interaksi
antara adsorben dengan diasilgliserol (DAG) dan asam lemak bebas (ALB). Oleh
karena itu, adsorben dapat menurunkan kadar DAG dan ALB dalam minyak sawit
kasar (CPO). Interaksi adsorpsi yang terjadi dipengaruhi oleh karakteristik awal
dari CPO, diantaranya kadar komponen awal, pengotor dan viskositas. Akan tetapi
penggunaan adsorben dapat menurunkan beberapa parameter mutu CPO yaitu
karotenoid.
4
2 TINJAUAN PUSTAKA
Minyak Sawit
Minyak sawit mentah, yang dikenal sebagai CPO (crude palm oil),
merupakan bahan dasar untuk membuat minyak pangan (edible oil) seperti
minyak goreng dan margarin. Kandungan utama dari minyak sawit adalah minyak
(TAG) yang tersusun atas asam lemak esensial. CPO juga mengandung komponen
minor yang sangat bernilai tinggi seperti phospolipid, karotenoid dan tokotrienol
yang sangat berpotensi sebagai antioksidan. Komponen minor dalam CPO terdiri
dari turunan asam lemak (seperti mono dan diasilgliserol, pospatida, ester dan
sterol) dan senyawa golongan hidrokarbon, alkohol alifatik, sterol bebas, tokoferol,
pigmen dan beberapa logam berat. Selama proses pemurnian banyak zat warna
dan pengotor lainnya dapat hilang. Akan tetapi proses tersebut juga dapat
menghilangkan komponen-komponen penting yang terdapat di dalam minyak,
seperti tokoferol, fitosterol dan karotenoid (Czerniak et al. 2011, Silva et al. 2013).
Tabel 1 Komposisi minyak kelapa sawit
Komponen
Asam lemak ( dalam %) a
Asam miristat
Asam palmitat
Asam stearat
Asam oleat
Asam linoleat
Komponen minor (dalam mg/kg)b
Carotenoids
Squalene
Non-terpenoid hydrocarbons
α-Tocopherol + tocotrienols
Sterols
Triterpenic alcohols
Methylsterol
Dolichols + polyprenols
Ubiquinones
Phospholipids
Glycolipids
a
Kadar
1,1 – 2,5
40 – 46
3,6 – 4,7
39 – 45
7 – 11
500–700
200–500
30–50
600–1000
362–627
40–80
40–80
81
10–80
5–130
1033–3780
Eckey SW (1955) dalam Ketaren (1986)
Gee (2007)
b
Standar mutu minyak sawit sangat ditentukan oleh kandungannya baik
komponen mayor maupun minor. Faktor yang mempengaruhi standar mutu
minyak sawit diantaranya kandungan air dan kotoran dalam minyak, kandungan
asam lemak bebas, warna dan bilangan oksida. Faktor lain yang juga
mempengaruhi standar mutu adalah titik cair dan kandungan gliserida, refining
loss, plastisitas dan spreadibility, kejernihan, kandungan logam berat, dan
bilangan penyabunan (Ketaren 1986). Data standar mutu minyak sawit kualitas
5
Special Prime Bleach (SPB) dibandingkan dengan mutu Ordinary dapat dilihat
dalam Tabel 2.
Tabel 2 Standar mutu minyak sawit Special Prime Bleach (SPB) dan
mutu Ordinary
Kandungan
Asam lemak bebas (%)
Kadar air (%)
Kotoran (%)
Besi (ppm)
Tembaga (ppm)
Bilangan iod
Karotene (ppm)
Tokoferol (ppm)
a
SPBa
1–2
0,1
0,002
10
0,5
53±1,5
500
800
Ordinarya
3–5
0,1
0,01
10
0,5
45 – 56
500 – 700
400 – 600
Ketaren (1986)
Perkembangan mengenai kualitas minyak sawit kasar berkembang seiring
dengan adanya kandungan senyawa 3-MCPD ester dalam minyak sawit. Prekursor
pembentukan senyawa 3-MCPD ester diindikasikan oleh dua senyawa utama,
yaitu DAG dan ion klorida (Ermacora and Hrncirik 2014, Lanovia et al. 2014,
Matthäus et al. 2011, Franke et al. 2009). Senyawa ester gliserida dan klorida
yang merupakan prekursor pembentukan senyawa 3-MCPD ester berasal dari raw
material dan juga dapat terbentuk selama proses pengolahan (Madya et al. 2006,
Akoh and Min 2008, Hrncirik et al. 2011). Ion klorida dapat berasal dari tanah
dan pupuk yang digunakan pada proses penanaman pohon sawit sehingga terserap
melalui akar hingga ke bagian semua bagian tanaman (Madya et al. 2006).
Zulkurnain et al. (2012) memberikan contoh gambaran kualitas minyak sawit
mentah yang ditunjukkan oleh beberapa karakteristik, termasuk kadar 3-MCPD
ester (Tabel 3).
Tabel 3 Contoh karakteristik kualitas dan komposisi CPOa
Kualitas
premium
3-MCPD ester CPO (mg/kg) < LOD
3-MCPD ester RBD(mg/kg) 1,54±0,08
FFA (%)
1,19±0,02
PV (meq/kg)
Nil
Indeks DOBI
3,20±0,04
Fosfor (ppm)
3,80±0,30
Kandungan β-karoten (ppm) 615±1,0
Diasilgliserol (%)
3,72±0,02
Monoasilgliserol (%)
0,0
Karakteristik kualitas
a
Kualitas
superior
< LOD
1,49±0,05
1,34±0,02
Nil
3,00±0,04
4,40±0,40
611±1,0
3,65±0,02
0,0
Kualitas
standar I
PENGURANGAN KADAR DIASILGLISEROL DAN ASAM
LEMAK BEBAS DALAM MINYAK SAWIT KASAR
KHOERUL BARIYAH
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Evaluasi Kinerja
Beberapa Adsorben terhadap Pengurangan Kadar Diasilgliserol dan Asam Lemak
Bebas dalam Minyak Sawit Kasar adalah benar karya saya dengan arahan dari
komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan
tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks
dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Januari 2016
Khoerul Bariyah
NRP F251130291
RINGKASAN
KHOERUL BARIYAH. Evaluasi Kinerja Beberapa Adsorben terhadap
Pengurangan Kadar Diasilgliserol dan Asam Lemak Bebas dalam Minyak Sawit
Kasar. Dibimbing oleh NURI ANDARWULAN dan PURWIYATNO
HARIYADI.
Indonesia merupakan negara produsen minyak sawit kasar (Crude Palm
Oil/CPO) terbesar di dunia. Pada tahun 2014, sekitar 55,2 % (32 juta ton) dari
total produksi minyak sawit kasar (Crude Palm Oil/CPO) dunia dikuasai oleh
Indonesia. Perkembangan terakhir berdasarkan data Oil World menunjukkan,
dalam kurun waktu 2010-2014, ternyata negara Indonesia juga merupakan
konsumen terbesar minyak sawit di dunia. Karena pentingnya CPO di Indonesia,
maka kualitas CPO yang dihasilkan harus sangat dijaga dan diperhatikan sehingga
dapat memenuhi kebutuhan domestik maupun internasional.
Dua komponen penting yang mempengaruhi kualitas CPO adalah
diasilgliserol (DAG) dan asam lemak bebas (ALB). CPO mengandung DAG dan
ALB dengan kadar yang tinggi. DAG dalam minyak sawit adalah prekursor
pembentukan senyawa karsinogen 3-MCPD ester, sedangkan ALB yang tinggi
dapat menurunkan stabilitas minyak. Penambahan beberapa jenis adsorben ke
dalam CPO akan mereduksi kedua komponen tersebut melalui interaksi
kepolaran. Biasanya reduksi DAG menggunakan adsorben dilakukan terhadap
minyak sawit yang telah dimurnikan dengan kandungan ALB yang rendah.
Sampai saat ini belum ada penelitian mengenai reduksi DAG dengan kadar ALB
yang tinggi dalam CPO. Tidak semua adsorben dapat menurunkan komponen
polar (seperti DAG) dalam minyak sawit. Selain itu, karakteristik awal CPO
diduga akan sangat menentukan proses adsorpsiyang terjadi. Sehingga tujuan
penelitian ini adalah untuk menentukan jenis adsorben yang paling baik dalam
menjerap diasilgliserol dan asam lemak bebas dalam CPO. Modifikasi
penambahan berbagai jenis adsorben sebelum pemurnian diharapkan dapat
meningkatkan kualitas CPO.
Penelitian dilakukan terhadap 3 jenis CPO berbeda kualitas (nilai ALB: 4, 6
dan 14) dan 6 jenis adsorben berbeda tingkat kepolaran (arang aktif, MgO,
Magnesol R-60, 3 jenis bleaching earth komersial). Proses kontak dilakukan pada
suhu 50 – 60 oC kondisi tanpa vakum. Hasil yang diperoleh pada kondisi tanpa
vakum belum dapat menurunkan DAG dan ALB secara signifikan terhadap ketiga
jenis CPO. Oleh karena itu dilakukan proses kontak pada suhu yang lebih tinggi,
yaitu 90 oC (dengan vakum) selama 30 menit dengan dosis adsorben 1 dan 3 %.
Karakterisitik CPO dan adsorben mempengaruhi proses reduksi DAG dan ALB.
Kombinasi antara adsorben bleaching earth tipe 1 dan MgO dapat menurunkan
ALB sebesar 70 % pada CPO dengan ALB 14 % dengan kondisi vakum, tetapi
tidak dapat menurunkan DAG. Penambahan beberapa adsorben pada kondisi
vakum dan tanpa vakum dapat menurunkan kadar total karoten dalam CPO, tetapi
adsorben MgO tunggal memiliki pengaruh terkecil karena perbedaan sifat
kepolaran antara keduanya.
Kata kunci: adsorben, asam lemak bebas, CPO, diasilgliserol.
SUMMARY
KHOERUL BARIYAH. Performance Evaluation of Selected Adsorbents to
Reduce Diacylglycerol and Free Fatty Acid in the Crude Palm Oil. Supervised by
NURI ANDARWULAN and PURWIYATNO HARIYADI.
Indonesia is the largest crude palm oil (CPO) producer in the world. In 2014,
55,2 % (32 million tons) of the world total CPO production is controlled by
Indonesia. The recent Oil World database show, in the period 2010 – 2014,
Indonesia is also the largest consumer of palm oil in the world. Because of the
importance of CPO in Indonesia, then the quality of CPO product must be highly
maintained such that it could suffice the needs of domestic and international.
Two components affecting the quality of CPO were diacylglycerol (DAG)
and free fatty acids (FFA). CPO contains the high values of DAG and FFA. DAG
in palm oil is known as the precursor of 3-MCPD esters compound, while high
FFA could reduce oil stability. The addition of an adsorbent would affect the
existence of those components through polarity interaction. DAG were usually
reduced by adsorbents on the refined palm oils with low FFA values. Research on
reduction of DAG in CPO (with high values of FFA) has not been done. Not all of
the adsorbents could reduce the polar component (such as DAG) in the CPO. In
addition, the initial characteristics of CPO may also influence the adsorption
process. Therefore the purpose of this study was to determine the best type of
adsorbent in reducing DAG and FFA in CPO. The modification using adsorbent
addition before refining process pottentially can increase the quality of CPO.
Research was carried out on three different types of CPO quality (as
indicated by FFA values of 4, 6 and 14 %) and six different types of adsorbents
with different polarity (activated carbon, MgO, Magnesol R-60, 3 types of
comersial bleaching earth). Contact process was performed at a temperature of 5060 oC (without vacuum). All of adsorbents have not been able to reduce both of
DAG and FFA significantly on the room condition. So that the process contacted
on the higher temperature, there is 90 oC (under vacuum) for 30 minutes at a dose
of adsorbent 1 and 3 %. Result showed that CPO and adsorbent characteristics
affected the reduction process of DAG and FFA. The combination of MgO and
bleaching earth type 1 could reduce FFA up to 70 % on CPO with FFA content 14
% on vacuum conditions, but did not reduce DAG. The addition of several
adsorbent under vacuum and without vacuum can reduce levels of total
carotenoids in the CPO, but single MgO adsorbent has the smallest effect due to
polarity differences between of them.
Keywords: adsorbents, free fatty acid, CPO, diacylglycerol.
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah, dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
EVALUASI KINERJA BEBERAPA ADSORBEN TERHADAP
PENGURANGAN KADAR DIASILGLISEROL DAN ASAM
LEMAK BEBAS DALAM MINYAK SAWIT KASAR
KHOERUL BARIYAH
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Ilmu Pangan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr Ir Tri Haryati, MS
Judul Tesis : Evaluasi Kinerja Beberapa Adsorben terhadap Pengurangan Kadar
Diasilgliserol dan Asam Lemak Bebas dalam Minyak Sawit Kasar
Nama
: Khoerul Bariyah
NIM
: F251130291
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Prof Dr Ir Nuri Andarwulan, MSi
Ketua
Prof Dr Ir Purwiyatno Hariyadi, MSc
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Ilmu Pangan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof Dr Ir Ratih Dewanti Hariyadi, MSc
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
Tanggal Ujian:
23 Desember 2015
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Penelitian
yang berjudul Evaluasi Kinerja Beberapa Adsorben terhadap Pengurangan Kadar
Diasilgliserol dan Asam Lemak Bebas dalam Minyak Sawit Kasar merupakan
tesis sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar Magister Sains Mayor Ilmu
Pangan pada Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Slamet Darso (ayah), Ibu
Rohmah (ibu), serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.
Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Prof Dr Ir Nuri Andarwulan,
MSi dan Prof Dr Ir Purwiyatno Hariyadi, MSc selaku pembimbing yang telah
banyak memberi bimbingan, pengarahan dan saran selama penelitian. Terima
kasih kepada Dr Ir Tri Haryati, MS selaku penguji luar atas sarannya untuk
perbaikan tesis ini. Ucapan terima kasih juga penulis haturkan kepada seluruh staf
dan pegawai SEAFAST Center IPB yang telah banyak membantu penulis dalam
melaksanakan penelitian. Dukungan dari Mas Fatkhullah dan Keluarga Arafah
juga diucapkan banyak terimakasih.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Januari 2016
Khoerul Bariyah
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vii
DAFTAR GAMBAR
vii
DAFTAR LAMPIRAN
viii
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Hipotesis
1
1
2
3
3
3
2 TINJAUAN PUSTAKA
Minyak Sawit
Diasilgliserol dan Asam Lemak Bebas dalam Minyak Sawit
Senyawa 3-MCPD Ester dalam Minyak Sawit
Karotenoid dalam Minyak Sawit
Adsorben dan Karakteristiknya
Proses Adsorpsi dan Interaksi Permukaan
Aplikasi Adsorben pada Minyak Sawit
4
4
5
8
10
11
13
15
3 METODE
Waktu dan Lokasi Penelitian
Bahan dan Alat
Prosedur Penelitian
Persiapan dan Karakterisasi Bahan Baku
Proses Kontak CPO dengan Adsorben
Analisis Pengaruh Adsorben terhadap Kualitas CPO
17
17
17
17
17
19
20
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Persiapan dan Karakterisasi Bahan Baku
Karakterisasi CPO
Karakterisasi Adsorben
Proses Kontak CPO dengan Adsorben
Proses Kontak tanpa Kondisi Vakum
Proses Kontak dengan Kondisi Vakum
Analisis Pengaruh Adsorben terhadap Kualitas CPO
Analisis Pengaruh Adsorben terhadap Kadar DAG dan ALB
Analisis Pengaruh Adsorben terhadap Kadar Total Karoten
21
21
21
21
25
25
27
29
29
31
5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
34
34
34
DAFTAR PUSTAKA
35
LAMPIRAN
39
RIWAYAT HIDUP
48
DAFTAR TABEL
1 Komposisi minyak kelapa sawit
2 Standar mutu minyak sawit SPB, Ordinary, dan minyak goreng sawit
3 Contoh karakteristik kualitas dan komposisi CPO
4 Kadar 3-MCPD ester dalam minyak nabati
5 Komposisi karotenoid dalam CPO
6 Perbandingan spektra FTIR Bentonit MX-80 dan Monmorolonite
SWy-2
7 Perbedaan adsorpsi fisika dan kimia
8 Contoh kombinasi adsorben dalam metode bleaching dan
pengaruhnya terhadap kualitas minyak sawit
9 Beberapa contoh penggunaan adsorben dalam minyak sawit
10 Formulasi adsorben pada kondisi tanpa vakum
11 Formulasi adsorben pada kondisi vakum
12 Karakteristik bahan baku minyak sawit kasar (CPO)
13 Hasil analisis spektra FTIR ketiga tipe bleaching earth komersial
14 Karakteristik fisik dan kimia bleaching earth komersial
15 Karakteristik kimia adsorben yang digunakan berdasarkan informasi
label kemasan dan analisis spektroskopi serapan atom
16 Perbandingan reduksi ALB dan DAG pada kondisi tanpa vakum
17 Perbandingan reduksi ALB dan DAG pada kondisi vakum
18 Korelasi matriks Pearson kandungan adsorben dan kadar ALB-DAG
pada CPO(ALB 14) pada kondisi vakum
19 Pengaruh jenis adsorben terhadap kadar karoten CPO dengan ALB
4 % pada kondisi adsorpsi tanpa vakum dengan dosis adsorben 1%
pada suhu 60 oC selama 30 menit
4
5
5
8
10
13
15
15
16
19
20
21
23
23
24
26
27
30
33
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
Reaksi disosiasi triasilgliserol
Hubungan antara asilgliserida dengan 3-MCPD yang terkandung
dalam minyak goreng (Lanovia et al. 2014)
Reaksi hidrolisis triasilgliserol menjadi gliserol dan asam lemak
Kemampuan dari minyak mentah untuk membentuk 3-MCPD ester
setelah melalui pemanasan standar pada suhu 240 oC selama 2 jam
(A, Rata-rata semua sampel; M, Malaysia; I, Indonesia; G, Ghana; C,
columbia; jumlah yang dianalisis ditunjukkan oleh angka; tanda bar
menunjukkan standar deviasi dari masing-masing sampel) (Mattháus
et al. 2011)
Mekanisme adsorpsi β-karoten pada sisi aktif asam Bronsted-Lewis
(Srasa and Ayedi, 2000 dalam Hussein et al. 2011)
Struktur magnesium silikat
Interaksi A. Gaya dipol-dipol, B. Gaya dipol induksian, C. Gaya
London (Effendy 2006)
6
7
7
9
11
12
14
8 Spektra XRD bleaching earth (A) tipe 1, (B) tipe 2, (C) tipe 3
9 Perubahan kadar DAG dan ALB proses kontak CPO dengan beberapa
adsorben tanpa kondisi vakum
10 Spektra hasil analisis kadar ALB dan gliserida sampel CPO dengan
GC-FID
11 Mekanisme interaksi antara karoten dan adsorben (Zuni 2009)
12 Pengaruh waktu dan suhu terhadap kadar karoten pada CPO (ALB 4)
dengan bleaching earth tipe 1 kondisi tanpa vakum
13 Pengaruh adsorben terhadap kadar total karoten pada CPO (ALB 6)
proses vakum pada suhu 90 oC selama 30 menit
22
25
29
31
31
32
DAFTAR LAMPIRAN
1 Rekapitulasi data kadar ALB, DAG, TAG dan total karoten CPO
setelah perlakuan dengan adsorben pada kondisi tanpa vakum (suhu 60
o
C selama 30 menit)
2 Rekapitulasi data kadar ALB, DAG, TAG dan total karoten CPO
setelah perlakuan dengan adsorben pada kondisi vakum (suhu 90 oC
selama 30 menit)
3 Spektrum FTIR bleaching earth tipe 1, 2 dan 3 serta Magnesol R-60
4 Gambar adsorben yang digunakan
5 Korelasi Pearson pengaruh adsorben (kandungan SiO2 dan MgO)
terhadap kadar DAG dan ALB ketiga CPO tanpa kondisi vakum
6 Korelasi Pearson pengaruh adsorben (kandungan SiO2 dan MgO)
terhadap kadar DAG dan ALB proses kontak CPO (ALB 6) pada
kondisi vakum
7 Gambar proses kontak CPO dengan adsorben pada (A) kondisi vakum
dan (B) tanpa kondisi vakum
39
40
41
43
44
46
47
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Konsumsi minyak nabati dunia, terutama minyak sawit, dari tahun ke tahun
mengalami peningkatan seiring dengan peningkatan jumlah penduduk. Rata-rata
peningkatan konsumsinya mencapai 24,77 % per tahun. Konsumsi minyak nabati
dunia didominasi oleh minyak sawit (sebesar 41 %) menurut data Oil World tahun
2014 (GAPKI 2014). Pada tahun 2014, sekitar 55,2 % (32 juta ton) dari total
produksi minyak sawit kasar (Crude Palm Oil/CPO) dunia dikuasai oleh
Indonesia. Selain itu, data Oil World dalam GAPKI (2014) juga menunjukkan
bahwa Indonesia merupakan negara konsumen minyak sawit terbesar di dunia
dalam kurun waktu 2010 – 2014, yaitu sebesar 15,8 %. Karena pentingnya CPO di
Indonesia, maka kualitas CPO yang dihasilkan harus sangat dijaga dan
diperhatikan sehingga dapat memenuhi kebutuhan domestik maupun
internasional.
Dua komponen yang menentukan kualitas CPO adalah kandungan
diasilgliserol (DAG) dan kadar asam lemak bebas (ALB). DAG merupakan
prekursor pembentukan senyawa kontaminan 3-MCPD ester. Senyawa 3-MCPD
ester merupakan senyawa yang mengandung satu atau dua asam lemak pada posisi
Sn-1 dan Sn-2 dengan gliserol sebagai rantai utama (Weiβhaar 2008; Zelinkovä et
al. 2006). Liu et al. (2012) telah mempelajari efek toksisitas akut secara oral dari
senyawa 3-MCPD monopalmitat dan 3-MCPD dipalmitat terhadap tikus Swiss.
Hasilnya menunjukkan bahwa 3-MCPD monopalmitat dapat menurunkan berat
badan dan meningkatkan serum nitrogen urea dan creatinin pada tikus yang mati
akibat pemberian senyawa tersebut. Minyak sawit mengandung kadar 3-MCPD
ester dengan kadar yang berbeda-beda setelah dilakukan pemanasan standar
(Matthäus et al. 2011). Penelitian Lanovia et al. (2014) terhadap sebelas sampel
minyak goreng sawit menunjukkan bahwa kandungan DAG dalam minyak goreng
sawit berkorelasi positif dengan kandungan 3-MCPD ester. Greyt (2010) juga
menyatakan jika kadar DAG lebih besar dari 4 %, maka kadar 3-MCPD ester
umumnya lebih besar dari 5 ppm. Adapun ALB yang tinggi dalam minyak sawit
tidak diinginkan karena dapat menurunkan stabilitas minyak selama penyimpanan
karena proses oksidasi maupun reaksi enzimatis (Ketaren 1986).
CPO mengandung DAG dan ALB dengan kadar yang tinggi. Penambahan
beberapa jenis adsorben dapat mereduksi kedua senyawa tersebut, diantaranya
lempung teraktifasi seperti zeolit dan bleaching earth (Strijowski et al. 2011) dan
material sintetik berbahan dasar silika (Clowutimon et al. 2011, Ermacora and
Hrncirik 2014). Penelitian Clowutimon et al. (2011) menunjukkan bahwa
magnesium silikat sintetik dari abu sekam padi dapat menjerap ALB dalam CPO
hingga 130 – 140 mg/g adsorben pada suhu 50 oC selama 2 jam. Strijowski et al.
(2011) menambahkan beberapa adsorben ke dalam minyak sawit hasil pemurnian
dan menunjukkan bahwa magnesium silikat (kadar 70 %) dan zeolit terkalsinasi
dapat menurunkan DAG hingga 25 % pada suhu 80 oC, tetapi adsorben lain tidak
bisa mereduksi secara signifikan. Sedangkan Ermacora and Hrncirik (2014) dapat
menurunkan kadar DAG pada CPO yang dilarutkan dalam pelarut organik hingga
99 % dengan kolom silika gel. Data Global Specialty Ingredient (materi promosi
2
komersial) juga menunjukkan magnesium silikat sintetik (Magnesol R60) dapat
menurunkan asam lemak bebas hingga 80 % (dari 0,09 menjadi 0,012 %) dan
menurunkan DAG 20 % (dari 4 menjadi 2,8 %) pada fraksi olein minyak goreng
sawit. Reduksi DAG hasil penelitian – penelitian tersebut umumnya dilakukan
terhadap minyak sawit hasil pemurnian dengan kandungan ALB yang rendah,
padahal umumnya CPO mengandung ALB yang tinggi (> 3 %). Hingga saat ini
belum ada penelitian mengenai reduksi DAG dengan kadar ALB yang cukup
tinggi dalam CPO.
Beberapa penelitian mengenai penambahan adsorben dalam CPO dilakukan
pada kondisi yang bervariasi (sebelum, saat maupun setelah proses pemurnian)
dengan waktu dan suhu tertentu. Selama proses adsorpsi terjadi penjerapan
beberapa molekul lain selain DAG dan ALB, diantaranya karoten. Kadar karoten
dalam minyak sawit merupakan penentu kualitas minyak tersebut. Oleh karena
itu, peninjauan mengenai penambahan adsorben terhadap kadar karoten pun perlu
dipelajari. Menurut Strijowski et al. (2011) tidak semua adsorben dapat
menurunkan komponen polar (seperti DAG) dalam minyak sawit. Hal tersebut
karena karakterisitik dari adsorben sangat menentukan proses adsorpsi yang
terjadi. Effendy (2006) menyatakan bahwa interaksi dapat terjadi jika adanya gaya
tarik antar molekul yang ditentukan oleh sifat kepolarannya. Sifat dan proses
adsorpsi sangat dipengaruhi oleh suhu dan kadar air, akan tetapi karakteristik
strsuktur, jenis dan dosis dari adsorben yang digunakan juga mempunyai peran
penting (Gibon et al. 2007). Adsorben yang memiliki keasaman tinggi akan
memiliki kemampuan adsorpsi yang lebih besar (Ahmadi dan Mushollaeni 2007,
Silva et al. 2014). Kombinasi antar adsorben juga berdampak terhadap proses
adsorpsi yang terjadi. Rossi (2003) juga telah mengkombinasikan silika sintetik
dengan lempung pemucat dan ternyata dapat mengurangi jumlah adsorben yang
digunakan serta berdampak sinergis. Karakteristik awal dari adsorbat (CPO) juga
akan menentukan proses adsorpsi dan belum banyak dilakukan pengaruhnya. Oleh
karena itu, masih perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai penambahan
adsorben dalam minyak sawit kasar dengan menitikberatkan pada karakteristik
awal CPO dan karakteristik adsorbennya.
Perumusan Masalah
Adsorben merupakan bahan yang dapat menjerap beberapa senyawa melalui
interaksi permukaan antara adsorben dengan senyawa tersebut. Penambahan
beberapa adsorben (terutama persenyawaan magnesium silikat) ke dalam CPO
sebelum proses pemurnian kemungkinan dapat menurunkan kadar DAG dan ALB
sehingga meningkatkan kualitas CPO. Akan tetapi molekul lain seperti karotenoid
pun dapat ikut terjerap oleh adsorben, padahal senyawa tersebut sangat
menentukan kualitas CPO. Oleh karena itu, perlu dipelajari pengaruh penambahan
adsorben pada CPO sebelum pemurnian untuk menurunkan kadar DAG dan ALB.
Tidak semua jenis adsorben dapat menjerap senyawa polar dan non polar
sekaligus dengan baik sehingga perlu dilakukan kajian pengaruh adsorben
terhadap ketiga senyawa tersebut berdasarkan karakteristik baik adsorben maupun
adsorbat. Interaksi antara adsorben dengan adsorbat sangat dipengaruhi oleh
kualitas CPO, jenis adsorben, kondisi dan suhu proses, serta waktu kontak
3
sehingga perlu dilakukan kontak antara beberapa jenis adsorben dengan CPO
pada kondisi tertentu, kemudian diukur kualitas minyak sawit yang dihasilkan
meliputi kadar karotenoid, ALB dan DAG.
Berdasarkan rumusan tersebut, maka terdapat beberapa hal yang perlu
diperhatikan yaitu:
1. Apakah adsorben dapat menjerap diasilgliserol (DAG) dan asam lemak
bebas (ALB)?
2. Bagaimana interaksi dan pengaruh yang terjadi antara adsorben dengan
beberapa komponen dalam minyak sawit?
3. Adsorben yang seperti apa yang dapat menurunkan karoten, ALB dan
DAG paling baik?
4. Apakah karakteristik CPO awal mempengaruhi penurunan kadar DAG dan
ALB oleh adsorben?
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan jenis adsorben yang paling
baik dalam menjerap DAG dan ALB dalam CPO. Penelitian dilakukan dalam tiga
tahapan. Tahap pertama adalah persiapan dan karakterisasi bahan baku, yaitu
karakterisasi CPO dan adsorben. Tahap ini bertujuan untuk mengetahui
karakteristik khusus dari adsorben dan adsorbat yang digunakan. Tahap kedua
penentuan formulasi adsorben, waktu kontak, dan kombinasi adsorben terhadap
salah satu jenis CPO untuk menentukan kondisi proses kontak selanjutnya. Tahap
terakhir adalah proses kontak adsorben dengan CPO pada kondisi ruang dan
vakum. Kualitas CPO dianalisis kandungannya (kadar karoten, asam lemak bebas,
dan kandungan diasilgliserol) dari sebelum dan setelah proses kontak. Modifikasi
penambahan berbagai jenis adsorben sebelum pemurnian diharapkan dapat
meningkatkan kualitas CPO.
Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah mendapatkan jenis adsorben (baik tunggal
maupun kombinasi) dan kondisi proses untuk menurunkan kadar DAG dan ALB
dalam minyak sawit kasar berdasarkan karakteristik adsorbennya. Selain itu,
penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai perubahan
karakteristik kimia CPO setelah melalui tahap penambahan adsorben dan dapat
menjadi metode tambahan menurunkan kadar prekursor potensial pembentukan
senyawa 3-MCPD ester dalam minyak goreng sawit.
Hipotesis
Karakteristik kepolaran adsorben dapat menyebabkan adanya interaksi
antara adsorben dengan diasilgliserol (DAG) dan asam lemak bebas (ALB). Oleh
karena itu, adsorben dapat menurunkan kadar DAG dan ALB dalam minyak sawit
kasar (CPO). Interaksi adsorpsi yang terjadi dipengaruhi oleh karakteristik awal
dari CPO, diantaranya kadar komponen awal, pengotor dan viskositas. Akan tetapi
penggunaan adsorben dapat menurunkan beberapa parameter mutu CPO yaitu
karotenoid.
4
2 TINJAUAN PUSTAKA
Minyak Sawit
Minyak sawit mentah, yang dikenal sebagai CPO (crude palm oil),
merupakan bahan dasar untuk membuat minyak pangan (edible oil) seperti
minyak goreng dan margarin. Kandungan utama dari minyak sawit adalah minyak
(TAG) yang tersusun atas asam lemak esensial. CPO juga mengandung komponen
minor yang sangat bernilai tinggi seperti phospolipid, karotenoid dan tokotrienol
yang sangat berpotensi sebagai antioksidan. Komponen minor dalam CPO terdiri
dari turunan asam lemak (seperti mono dan diasilgliserol, pospatida, ester dan
sterol) dan senyawa golongan hidrokarbon, alkohol alifatik, sterol bebas, tokoferol,
pigmen dan beberapa logam berat. Selama proses pemurnian banyak zat warna
dan pengotor lainnya dapat hilang. Akan tetapi proses tersebut juga dapat
menghilangkan komponen-komponen penting yang terdapat di dalam minyak,
seperti tokoferol, fitosterol dan karotenoid (Czerniak et al. 2011, Silva et al. 2013).
Tabel 1 Komposisi minyak kelapa sawit
Komponen
Asam lemak ( dalam %) a
Asam miristat
Asam palmitat
Asam stearat
Asam oleat
Asam linoleat
Komponen minor (dalam mg/kg)b
Carotenoids
Squalene
Non-terpenoid hydrocarbons
α-Tocopherol + tocotrienols
Sterols
Triterpenic alcohols
Methylsterol
Dolichols + polyprenols
Ubiquinones
Phospholipids
Glycolipids
a
Kadar
1,1 – 2,5
40 – 46
3,6 – 4,7
39 – 45
7 – 11
500–700
200–500
30–50
600–1000
362–627
40–80
40–80
81
10–80
5–130
1033–3780
Eckey SW (1955) dalam Ketaren (1986)
Gee (2007)
b
Standar mutu minyak sawit sangat ditentukan oleh kandungannya baik
komponen mayor maupun minor. Faktor yang mempengaruhi standar mutu
minyak sawit diantaranya kandungan air dan kotoran dalam minyak, kandungan
asam lemak bebas, warna dan bilangan oksida. Faktor lain yang juga
mempengaruhi standar mutu adalah titik cair dan kandungan gliserida, refining
loss, plastisitas dan spreadibility, kejernihan, kandungan logam berat, dan
bilangan penyabunan (Ketaren 1986). Data standar mutu minyak sawit kualitas
5
Special Prime Bleach (SPB) dibandingkan dengan mutu Ordinary dapat dilihat
dalam Tabel 2.
Tabel 2 Standar mutu minyak sawit Special Prime Bleach (SPB) dan
mutu Ordinary
Kandungan
Asam lemak bebas (%)
Kadar air (%)
Kotoran (%)
Besi (ppm)
Tembaga (ppm)
Bilangan iod
Karotene (ppm)
Tokoferol (ppm)
a
SPBa
1–2
0,1
0,002
10
0,5
53±1,5
500
800
Ordinarya
3–5
0,1
0,01
10
0,5
45 – 56
500 – 700
400 – 600
Ketaren (1986)
Perkembangan mengenai kualitas minyak sawit kasar berkembang seiring
dengan adanya kandungan senyawa 3-MCPD ester dalam minyak sawit. Prekursor
pembentukan senyawa 3-MCPD ester diindikasikan oleh dua senyawa utama,
yaitu DAG dan ion klorida (Ermacora and Hrncirik 2014, Lanovia et al. 2014,
Matthäus et al. 2011, Franke et al. 2009). Senyawa ester gliserida dan klorida
yang merupakan prekursor pembentukan senyawa 3-MCPD ester berasal dari raw
material dan juga dapat terbentuk selama proses pengolahan (Madya et al. 2006,
Akoh and Min 2008, Hrncirik et al. 2011). Ion klorida dapat berasal dari tanah
dan pupuk yang digunakan pada proses penanaman pohon sawit sehingga terserap
melalui akar hingga ke bagian semua bagian tanaman (Madya et al. 2006).
Zulkurnain et al. (2012) memberikan contoh gambaran kualitas minyak sawit
mentah yang ditunjukkan oleh beberapa karakteristik, termasuk kadar 3-MCPD
ester (Tabel 3).
Tabel 3 Contoh karakteristik kualitas dan komposisi CPOa
Kualitas
premium
3-MCPD ester CPO (mg/kg) < LOD
3-MCPD ester RBD(mg/kg) 1,54±0,08
FFA (%)
1,19±0,02
PV (meq/kg)
Nil
Indeks DOBI
3,20±0,04
Fosfor (ppm)
3,80±0,30
Kandungan β-karoten (ppm) 615±1,0
Diasilgliserol (%)
3,72±0,02
Monoasilgliserol (%)
0,0
Karakteristik kualitas
a
Kualitas
superior
< LOD
1,49±0,05
1,34±0,02
Nil
3,00±0,04
4,40±0,40
611±1,0
3,65±0,02
0,0
Kualitas
standar I