Perancangan proses produksi isoeugenol dan vanilin dari eugenol minyak daun cengkeh

PERANCANGAN PROSES PRODUKSI ISOEUGENOL

DAN VANILIN DARI EUGENOL MINYAK DAUN

CENGKEH

EDY MULYONO

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2012

SURAT PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN

SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi yang berjudul ”Perancangan Proses Produksi Isoeugenol dan Vanilin dari Eugenol Minyak Daun Cengkeh” adalah karya saya dengan arahan komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tulisan ini.

Bogor, Januari 2012 Edy Mulyono F 361030111

ABSTRACT

EDY MULYONO. Process Design in the Production of Isoeugenol and Vanillin from Eugenol of Clove Leaf Oil. Under the supervision of Ani Suryani, Djumali Mangunwidjaja and Dwi Setyaningsih.

Clove leaf oil contains a high amount of eugenol (70-95%) and hence it has been considered as a potential raw material for production of isoeugenol and vanillin, which have high economic value. This study was aimed at designing production of isoeugenol and vanillin from eugenol of clove leaf oil and analyzing the potential product development financially.The specific objectives of this research work are 1) Identify the isoeugenol and vanillin, 2) Model simulation of process design of isoeugenol and vanillin, 3) Study on financial feasibility and added value. This research is expected to provide maximum economic potential of eugenol to enhance the added value of clove leaf oil. The results showed that the FTIR and NMR products confirmed that isoeugenol and vanillin present in the synthesized product were identical to the reference standards. Model simulation of process design suggested that isomerization reaction of eugenol to produce isoeugenol occurred at temperatures of 25-200oC and 1 atm pressure, with the average conversion and isoeugenol of 90% and product purity of 89,6%. Meanwhile, oxydation of isoeugenol which then produced vanillin took place at temperatures of 19.22-150oC and 1 atm pressure resulting in the average conversion of 90% and product purity of 98%. Financial analysis on isoeugenol and vanillin industries showed feasible at production capacities of 1,157,280 kg/year and 853,929 kg/year respectively, with total investment of Rp. 3,795,050,000 and 3,795,050,000 as well as working capital of Rp. 127,487,726,119 and Rp. 154,794,595,559 respectively. At an interest rate of 12% and 10 years project lifetime showed the NPV of Rp. 645,341,441,970 and Rp. 779,561,530,094 respectively. Furthermore, the IRR were 47,40% and 47,43%; net B/C ratio 3.90 and 3.91; BEP 8,178 and 5,063 products unit; PBP 1.27 and 1.25 years. Value added of eugenol to isoeugenol and vanillin industry were Rp. 145,193 and Rp 175,651/kg respectively, while labor incomes were Rp. 447.0 and Rp. 2.190/kg, processor profits Rp. 144.476 and Rp. 173.461/kg. It is concluded that designing industrial production of isoeugenol and vanillin from eugenol of clove leaf oil is financially feasible.

Key words: clove leaf oil, eugenol, isoeugenol, vanillin, process design, production.

RINGKASAN

EDY MULYONO. Perancangan Proses Produksi Isoeugenol dan Vanilin dari Eugenol Minyak Daun Cengkeh. Dibawah bimbingan Ani Suryani, Djumali Mangunwidjaja dan Dwi Setyaningsih.

Eugenol merupakan komponen utama minyak cengkeh yang kandungannya dapat mencapai 70−95 % tergantung dari bahan baku yang digunakan (bunga, tangkai, dan daun). Dengan kandungan eugenol yang tinggi, minyak cengkeh merupakan sumber bahan baku isoeugenol dan vanilin yang potensial. Tujuan umum penelitian ini adalah menghasilkan rancangan proses produksi vanilin yang berbasis eugenol minyak daun cengkeh yang memiliki kalayakan teknis maupun finansial. Adapun tujuan khusus dari penelitian ini adalah 1) identifikasi isoeugenol dan vanilin hasil sintesis, 2) simulasi rancangan proses industri isoeugenol dan vanilin, 3) kelayakan finansial dan nilai tambah. Adanya penelitian ini diharapkan potensi ekonomis eugenol minyak daun cengkeh (MDC) secara maksimal dapat diusahakan, sehingga dapat memberikan nilai tambah minyak daun cengkeh.

Penelitian ini dilakukan dalam tiga tahapan, yaitu 1) analisis peluang dan permasalahan; 2) identifikasi isoeugenol dan vanillin dengan menggunakan FTIR dan NMR; 3) pemilihan proses dan pengembangan proses. Pengembangan proses dilakukan melalui integrasi proses, simulasi model, analisis finansial dan nilai tambah terhadap rancangan proses produksi vanilin. Pemilihan proses dilakukan dengan studi literatur. Identifikasi isoeugenol dan vanilin dilakukan dengan mempergunakan peralatan nuclear magnetic resonance (NMR), dan fourier transform infra red (FTIR). Integrasi proses dilakukan dengan mengkombinasikan seluruh tahapan proses sehingga dihasilkan diagram alir yang utuh. Simulasi model perancangan proses produksi isoeugenol dan vanilin dilakukan menggunakan simulasi dengan bantuan perangkat lunak Hysys. Analisis kelayakan finansial dilakukan dengan menggunakan kriteria kelayakan investasi yaitu net present value (NPV), internal rate of return (IRR), net benefit cost ratio (B/C rasio), break even point (BEP), pay back period (PBP), dan analisis sensitivitas serta nilai tambah.

Berdasarkan analisis spektroskopi FTIR dan NMR, .menunjukkan bahwa pita serapan adalah identik antara isoeugenol hasil isomerisasi dengan standar.

Identitas senyawa ini ditunjukkan dengan terdeteksinya gugus OH, C-C aril (cincin aromatis), gugus OCH3 dan gugus CH3 dari spektrum pita serapan inframerah. Selain itu terdeteksi pula posisi trans dan cis isoeugenol. Sedangkan melalui spektrum HNMR terdeteksi posisi pergeseran kimia (δ) gugus metil (-CH3) yang menunjukkan identitas senyawa isoeugenol. Disamping itu spektrum HNMR menunjukkan bahwa senyawa isoeugenol yang diperoleh lebih dominan dalam bentuk trans isoeugenol.

Identitas senyawa vanilin terdeteksi baik pada sampel maupun senyawa standar dengan munculnya pita serapan gugus-gugus fungsi (gugus OH, OCH3, gugus C-C aril dan CHO) dari spektrum infra merah. Sedangkan struktur molekulnya terdeteksi melalui pergeseran kimia dari proton yang dimilikinya melalui spektrum HNMR, yaitu gugus karbonil (HCO-) sebagai identitas senyawa vanilin.

Hasil simulasi perancangan proses produksi isoeugenol dan vanilin berbasis minyak daun cengkeh menggunakan Hysys menunjukkan : a.) proses isomerisasi eugenol menjadi isoeugenol berlangsung pada suhu 25 – 200oC dan tekanan 1 atm. Besarnya konversi reaksi 90% tingkat kemurnian isoeugenol yang dihasilkan mencapai 89,6%; dan b.) proses oksidasi isoeugenol menjadi vanilin berlangsung pada suhu 19,22 - 150oC dan tekanan 1 atm. Dalam tahap sintesis vanilin, besarnya konversi reaksi rata-rata sebesar 90% dan dihasilkan vanilin dengan tingkat kemurnian 98%.

Industri isoeugenol berbahan dasar eugenol minyak daun cengkeh layak dikembangkan dengan kapasitas produksi 1.157.280 kg/tahun, total investasi Rp 3.795.050.000,- dan modal kerja Rp 127.487.726.119,-. Pada tingkat suku bunga 12%/tahun, nilai NPV adalah Rp 645.341.441.970,- nilai IRR 47,40%, Net B/C 3,9, BEP 8.178 satuan produk dan tingkat pengembalian modal (PBP) dari industri ini adalah 1,27 tahun. Kelayakan industri isoeugenol sensitif terhadap perubahan harga bahan bakunya. Hasil perhitungan analisis nilai tambah menunjukkan bahwa industri isoeugenol ini memberikan nilai tambah sebesar Rp 145.193,-/kg bahan baku, imbalan tenaga kerja Rp 447,00,- /kg, keuntungan Rp 144.746,- /kg bahan baku. Industri vanilin berbahan dasar eugenol minyak daun cengkeh layak dikembangkan dengan kapasitas produksi 853.920 kg/tahun,

total investasi Rp 3.795.050.000,- dan modal kerja Rp 154.794.595.559,-. Pada tingkat suku bunga 12%/tahun, nilai NPV adalah Rp 779.561.530.094,- nilai IRR 47,43%, Net B/C 3,91, BEP 5.053 satuan produkdan tingkat pengembalian modal (PBP) dari industri ini adalah 1,25 tahun. Kelayakan industri vanilin relatif sensitif terhadap perubahan harga bahan bakunya. Hasil perhitungan analisis nilai tambah menunjukkan bahwa industri vanilin ini memberikan nilai tambah sebesar Rp 175.651,-/kg bahan baku, imbalan tenaga kerja Rp 2.190,- /kg, keuntungan Rp 173.461,- /kg bahan baku.

© Hak Cipta milik IPB. Tahun 2012

Hak Cipta dilindungi Undang-Undang

1.

Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa

mencantumkan atau menyebut sumber.

a.

Pengutipan nama untuk kepentingan pendidikan, penelitian,

penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan

kritik atau tinjauan suatu masalah;

b.

Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajarIPB.

2.

Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau

PERANCANGAN PROSES PRODUKSI ISOEUGENOL

DAN VANILIN DARI EUGENOL MINYAK DAUN

CENGKEH

EDY MULYONO

Disertasi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada

Program Studi Teknologi Industri Pertanian

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2012

Penguji Luar Komisi

Pada Ujian Tertutup : 1. Dr. Ir. Meika S Rusli 2. Dr. Ir. Irzaman, MSi Pada Ujian Terbuka : 1. Prof. Dr. Ir. Risfaheri, MSi

Judul Disertasi : Perancangan Proses Produksi Isoeugenol dan Vanilin dari Eugenol Minyak Daun Cengkeh

Nama : Edy Mulyono

NRP : F361030111

Disetujui Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Ir. Ani Suryani, DEA Ketua

Prof. Dr. Ir. Djumali Mangunwidjaja, DEA Dr. Ir. Dwi Setyaningsih, MS Anggota Anggota

Diketahui,

Ketua Program Studi Dekan Sekolah Pascasarjana

Teknologi Industri Pertanian

Dr. Ir Machfud, MS Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr Tanggal Ujian:19 Januari 2012 Tanggal Lulus: 30 Januari 2012

PRAKATA

Dengan memanjatkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan disertasi ini yang berjudul “Perancangan Proses Produksi Isoeugenol dan Vanilin dari Eugenol Minyak Daun Cengkeh”.

Dengan kerendahan hati pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa hormat dan ucapan terima kasih yang tulus serta penghargaan yang setinggi-tinginya :

1. Kepada yang terhormat Prof. Dr. Ir. Ani Suryani, DEA selaku ketua komisi pembimbing, Prof. Dr. Ir. Djumali Mangunwidjaja, DEA, dan Dr. Ir. Dwi Setyaningsih, MS masing-masing sebagai anggota komisi pembimbing yang telah memberi curahan pemikiran, bimbingan, arahan, saran dengan penuh dedikasi dan dorongan motivasi sehingga penelitian dan penulisan disertasi ini dapat penulis selesaikan.

2. Kepada Pimpinan dan staf Program Studi Teknologi Industri SPS IPB, atas fasilitas , dan dukungan yang diberikan.

3. Kepada yang terhormat Kepala Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Pascapanen Pertanian, atas segala fasilitas dan dorongan motivasi yang diberikan selama penulis menyelesaikan penelitian dan disertasi ini.

4. Kepada Prof. Dr. Ridwan Thahir dan Ir. Wisnu Broto, MS atas dorongan motivasi yang diberikan selama penulis menyelesaikan penelitian dan disertasi ini.

4. Kepada Rekan penulis terutama Ir. Tatang H, Msi., Dra. Sri Yuliani Apt., Dr. Ir. Huerudin, MappSc., Prof. Dr. Risfaheri, serta Hari Soesanto,STP., dan Rosi C, STP., atas segala bantuannya selama penelitian di Balai Besar Litbang Pasacapanen Pertanian serta Mas Hendra yang dengan sabar membantu selama penulisan disertasi ini.

5. Rekan-rekan TIP 2003, Dr. Syarifah Nurjanah, Dr. Ismiyati, Dr. Srigunani Pratiwi, Dr. Kurnia Harlina Dewi, Dr. Sulistyo Sidik, Dr. Firman Noer TA

(Alm), Dr. Komar Sutriah, Dr. Acep Jayaprawira, Acep Muhib dan Dr. Sjoufjan Awal atas persaudaraannya dan kebersamaannya selama belajar.

6. Istri tercinta Elidar, SH, ananda Lidya Rahma Shaffitri, Seno Pandu Ahmad, Ayah dan Ibu, mertua dan adik-adik serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayang yang penuh ketulusan.

Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah membantu dalam penyelesaikan disertasi ini. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pengembangan minyak daun cengkeh di Indonesia pada umumnya dan industri hilir vanilin pada khususnya.

Bogor, Januari 2012 Edy Mulyono

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Magetan pada tanggal 30 juli 1955 sebagai anak ketiga dari pasangan Bapak Wasri dan Ibu Kun Suwarsini. Sekolah Dasar, Sekolah Menengah Pertama, dan Sekolah Menengah Atas ditamatkan di Magetan, Jawa Timur. Pendidikan sarjana ditempuh di Jurusan Teknologi Hasil Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Gadjah Mada, lulus pada tahun 1981. Pada tahun 1986 penulis melanjutkan studi Magister Sains di Program Studi Mekanisasi Pertanian,Program Pascasarjana Universitas Gadjah Mada Yogyakarta dan menamatkannya pada tahun 1990. Kesempatan untuk melanjutkan ke program doktor pada program studi Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertania Bogor, diperoleh pada tahun 2003.

Penulis bekerja sabagai staf peneliti pada Balai Tanaman Rempah dan Obat sampai tahun 2001. Mulai tahun 2002 penulis bekerja di Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Pascapanen Pertanian, Badan Litbang Pertanian. Sebagai Peneliti, jabatan Fungsional Peneliti penulis “Peneliti Madya”. Disamping peneliti penulis merangkap sebagai Manajer Laboratorium Pengembangan Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Pascapanen Pertanian.

Pada tahun 1988, penulis menikah dengan Elidar, SH dan dikarunai tiga orang anak yang bernama Lidya Rahma Shaffitri, Seno Pandu Ahmad dan Ratu Nimas Shaffitri (Alm).

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL ... xii

DAFTAR GAMBAR ... xiv

DAFTAR LAMPIRAN ... xvii

I PENDAHULUAN ………. 1

A Latar Belakang ………. 1

B Tujuan Penelitian ………... 5

C Manfaat Penelitian ……… 5

D Ruang Lingkup Penelitian ……….. . 5

II TINJAUAN PUSTAKA ……… 7

A Minyak Daun Cengkeh ……….. 7

B Eugenol ………. 8

C Isoeugenol ………. 10

D Vanilin………..………... 12

E Katalis ……….. 16

F Perancangan Proses Produksi Vanillin ……… 18

G Analisis Finansial ………. 23

H Analisis Nilai Tambah ……….. 26

III METODOLOGI ………... 29

A Kerangka Pemikiran ……… 29

B Bahan ………. 30

C Alat ……….. 31

D Metode Penelitian ……… 31

IV HASIL DAN PEMBAHASAN ………. 37

A Analisis Peluang dan Permasalahan……….. 37

B Identifikasi Produk Isoeugenol dan Vanilin ... 39

C Pemilihan Proses ... 44

D Pengembangan Proses ... 45

E Analisis Finansial ... 58 Halaman

SIMPULAN DAN SARAN ... 75

A Simpulan ……….. 75

B Saran ………. 76

DAFTAR PUSTAKA ……… 91

DAFTAR LAMPIRAN ……… 99 Halaman

DAFTAR TABEL

1 Standar mutu minyak daun cengkeh menurut SNI 06-2387-1998 ... 7

2 Spesifikasi eugenol dalam perdagangan ... 8

3 Sifat-sifat fisiko-kimia eugenol ... 9

4 Sifat-sifat fisiko-kimia isoeugenol ... 10

5 Sifat fisiko-kimia vanilin ... 13

6 Model perhitungan nilai tambah dari Hayami dan Kawagoe (1993) ... 27

7 Resume kondisi proses pembuatan vanillin dari eugenol minyak daun cengkeh, biotransformasi eugenol dan ekstraksi polong vanili ……… 38

8 Resume kondisi proses kimia pembuatan vanilin dari beberapa metode .... 44

9 Fraksi mol komponen setiap aliran pada proses isomerisasi iso- eugenol ... 50

10 Kondisi aliran bahan pada proses isomerisasi isoeugenol ... 50

11 Fraksi mol komponen setiap aliran pada proses sintesis vanilin ... 54

12 Fraksi mol komponen setiap aliran pada proses sintesis vanilin (lanjutan) ... 55

13 Kondisi aliran bahan pada proses sintesis vanilin ... . 56

14 Kondisi aliran bahan pada proses sintesis vanilin (lanjutan) ... 56

15 Jenis dan jumlah komponen modal tetap pendirian industri isoeugenol ... . 60

16 Jenis dan jumlah modal kerja pendirian industri isoeugenol ... 61

17 Rencana pengembalian modal dan pembayaran bunga (Rp) ... .. . 61

18 Kriteria kelayakan industri isoeugenol berbahan dasar eugenol MDC ... 62

19 Jenis dan jumlah komponen modal tetap pendirian industri vanilin …... ... . 63

20 Jenis dan jumlah modal kerja pendirian industri vanilin ... 64

21 Rencana pengembalian modal dan pembayaran bunga (Rp) ... . 64

22 Kriteria kelayakan industri vanilin berbahan dasar eugenol MDC... 65

23 Kriteria kelayakan industri isoeugenol berbahan dasar eugenol MDC pada berbagai tingkat suku bunga ………. . 66

Halaman

24 Kriteria kelayakan industri isoeugenol berbahan dasar MDC pada

berbagai perubahan harga bahan baku (DF 12%) ... 66 25 Kriteria kelayakan industri vanilin berbahan dasar eugenol MDC pada

berbagai tingkat suku bunga ... 67 26 Kriteria kelayakan industri vanilin berbahan dasar eugenol MDC pada

berbagai perubahan harga bahan baku (DF 12%) ... 68 . 27 Hasil perhitungan nilai tambah industri isoeugenol pada berbagai tingkat

harga bahan baku ... 70 28 Hasil perhitungan nilai tambah industri vanilin pada berbagai tingkat

harga bahan baku ... 72 Halaman

DAFTAR GAMBAR

1 Struktur molekul isoeugenol ... 10

2 Struktur molekul vanilin ... 13

3 Sintesis vanilin dari eugenol ... 15

4 Oksidasi isoeugenol menjadi vanilin ... 16

5 Mekanisme eliminasi-adisi hidrida logam ... 17

6 Mekanisme π-allyl kompleks ……… 17

7 Model proses perancangan …... 18

8 Model proses perancangan interaktif ……….. 20

9 Perancangan proses melalui tahapan analisis sistem proses ……… 20

10 Tahap perancangan proses kimia ………. 22

11 Metode perancangan proses ……… 32

12 Spektrum IR senyawa isoeugenol : (a) sampel dan (b) standar ... 40

13 Spektrum NMR senyawa isoeugenol : (a) sampel dan (b) standar ... 41

14 Spektrum FTIR senyawa vanilin (a) sampel dan (b) standar ... 42

15 Spektrum HNMR senyawa vanilin: (a.) sampel dan (b.) standar ………… 43

16 Integrasi proses sintesis isoeugenol dan vanillin skala laboratorium …… 46

17 Reaksi isomerisasi eugenol menjadi isoeugenol ... 49

18 Desain proses isomerisasi isoeugenol berdasarkan hasil simulasi Hysys ... 51

19 Mekanisme reaksi awal oksidasi isoeugenol menjadi vanilin ... 52

20 Desain proses oksidasi isoeugenol menjadi vanilin berdasarkan hasil simulasi Hysys ... 52

21 Process Engineering Flow Diagram (PEFD) produksi vanilin dari eugenol MDC ... 57

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman 1 Biaya investasi industri isoeugenol berbahan dasar eugenol MDC …….. 87 2 Biaya investasi industri isoeugenol berbahan dasar eugenol MDC

(Lanjutan) ……… 88

3 Biaya bahan baku, bahan pembantu dan utilitas industri isoeugenol …….. 89 4 Biaya tenaga kerja tak langsung dan tenaga kerja langsung pada industri

isoeugenol ……… 90

5 Biaya tetap dan biaya variabel industri isoeugenol berbahan dasar eugenol MDC ... 91 6 Nilai peralatan mesin, biaya pemeliharaan, asuransi, nilai sisa dan biaya

penyusutan industri isoeugenol ………... 92 7 Proyeksi laporan laba-rugi industri isoeugenol berbahan dasar eugenol

MDC ……….. 93

8 Proyeksi arus kas industri isoeugenol berbahan dasar eugenol MDC ……. 94 9 Perhitungan NPV, IRR, B/C Ratio dan PBP industri isoeugenol berbahan

dasar eugenol MDC ………. 95

10 Proyeksi laporan laba-rugi industri isoeugenol pada tingkat suku bunga

16% ……….. .. 96 11 Proyeksi arus kas industri isoeugenol pada tingkat suku bunga 16% ……... 97 12 Perhitungan NPV, IRR, B/C Ratio dan PBP industri isoeugenol pada

tingkat suku bunga 16% ……… 98

13 Proyeksi laporan laba-rugi industri isoeugenol pada tingkat suku bunga

20 % ……….. 99

14 Proyeksi arus kas industri isoeugenol pada tingkat suku bunga 20 % ……. 100 15 Perhitungan NPV, IRR, B/C Ratio dan PBP industri isoeugenol pada

tingkat suku bunga 20 % ………... 101 16 Proyeksi laporan laba-rugi industri isoeugenol pada tingkat suku bunga

17 Proyeksi arus kas industri isoeugenol pada tingkat suku bunga 24 % ……. 103 18 Perhitungan NPV, IRR, B/C Ratio dan PBP industri isoeugenol pada

tingkat suku bunga 24 % ……….. 104 19 Proyeksi laporan laba-rugi industri isoeugenol pada harga bahan baku

Rp. 190.000,-/kg ……… 105

20 Proyeksi arus kas industri isoeugenol pada harga bahan baku

Rp. 190.000,-/kg ……….. . 106 21 Perhitungan NPV, IRR, B/C Ratio dan PBP industri isoeugenol pada harga

bahan baku Rp. 190.000,-/kg ………. 107 22 Proyeksi laporan laba-rugi industri isoeugenol pada harga bahan baku

Rp. 200.000,-/kg ……… 108 23 Proyeksi arus kas industri isoeugenol pada harga bahan baku

Rp. 200.000,-/kg ……… 109 24 Perhitungan NPV, IRR, B/C Ratio dan PBP industri isoeugenol pada harga

bahan baku Rp. 200.000,-/kg ………. 110 25 Jenis dan jumlah input lain di luar bahan baku dan tenaga kerja pada

industri isoeugenol ……….. 111 26 Perhitungan nilai tambah industri isoeugenol pada harga bahan baku

Rp 180.000,-; Rp 190.000,- dan Rp 200.000,- per kg ……….. 112 27 Biaya investasi industri vanilin berbahan dasar eugenol MDC ………... 113 28 Biaya investasi industri vanilin berbahan dasar eugenol MDC (Lanjutan) . .. 114 29 Biaya bahan baku, bahan pembantu dan utilitas industri vanilin ………….. 115 30 Biaya tenaga kerja tak langsung dan tenaga kerja langsung pada industri

vanilin ……… 116 31 Biaya tetap dan biaya variabel industri vanilin berbahan dasar eugenol

MDC ... 117 32 Nilai peralatan mesin, biaya pemeliharaan, asuransi, nilai sisa dan biaya

penyusutan industri vanilin ………... 118 Halaman

33 Proyeksi laporan laba-rugi industri vanilin berbahan dasar eugenol MDC… 119 34 Proyeksi arus kas industri vanilin berbahan dasar eugenol MDC …………. 120 35 Perhitungan NPV, IRR, B/C Ratio dan PBP industri vanilin berbahan

dasar eugenol MDC ………... 121 36 Proyeksi laporan laba-rugi industri vanilin pada tingkat suku bunga

16% ……….. .. 122 37 Proyeksi arus kas industri vanilin pada tingkat suku bunga 16% …………. 123 38 Perhitungan NPV, IRR, B/C Ratio dan PBP industri vanilin pada tingkat

suku bunga 16% ………. 124 39 Proyeksi laporan laba-rugi industri vanilin pada tingkat suku bunga

20 % ……….. 125 40 Proyeksi arus kas industri vanilin pada tingkat suku bunga 20 % ………… 126 41 Perhitungan NPV, IRR, B/C Ratio dan PBP industri vanilin pada tingkat

suku bunga 20 % ………... 127 42 Proyeksi laporan laba-rugi industri vanilin pada tingkat suku bunga

24 % ………. . 128 43 Proyeksi arus kas industri vanilin pada tingkat suku bunga 24 % ………… 129 44 Perhitungan NPV, IRR, B/C Ratio dan PBP industri vanillin pada tingkat

suku bunga 24 % ………... 130 45 Proyeksi laporan laba-rugi industri vanilin pada harga bahan baku

Rp. 190.000,-/kg ……… 131

46 Proyeksi arus kas industri vanilin pada harga bahan baku

Rp. 190.000,-/kg ……… 132 47 Perhitungan NPV, IRR, B/C Ratio dan PBP industri vanilin pada harga

bahan baku Rp. 190.000,-/kg ……… 133 48 Proyeksi laporan laba-rugi industri vanilin pada harga bahan baku

Rp. 200.000,-/kg ……….. 134 Halaman

49 Proyeksi arus kas industri vanilin pada harga bahan baku

Rp. 200.000,-/kg ……….. 135 50 Perhitungan NPV, IRR, B/C Ratio dan PBP industri vanilin pada harga

bahan baku Rp. 200.000,-/kg ……… 136 51 Jenis dan jumlah input lain di luar bahan baku dan tenaga kerja pada

industri vanilin ……….. 137 52 Perhitungan nilai tambah industri vanilin pada harga bahan baku

Rp 180.000,-; Rp 190.000,- dan Rp 200.000,- per kg ……… . 138 Halaman

I PENDAHULUAN

A Latar Belakang

Ekstrak vanili secara luas digunakan sebagai bahan perisa ( flavoring ingredient) di dalam makanan dan minuman. Ekstrak vanili mengandung sekitar 200 bahan-bahan penyusun. Komponen utamanya adalah, vanillin, 4-hydroxybenzal-dehyde, vanillic acid and 4-hydroxybenzoic acid (Rao dan ravishankar, 2000). yang mendukung terbentuknya flavor alami lembut dan tidak dimiliki vanilin sintetik. Vanilin yang terbentuk di alam sebagai glukosida yang dihidrolisis menjadi vanilin dan gula. Vanilin adalah suatu senyawa organik dengan rumus molekul C8H8O3 dengan gugus fungsional aldehid, eter dan fenol.

Permintaan yang tinggi akan ekstrak vanili, sedangkan jumlah produknya terbatas dan harga tinggi menyebabkan diproduksinya vanilin sintetik yang berasal dari eugenol (minyak cengkeh), lignin (limbah bubur kertas) dan guaiakol (petrokimia). Untuk waktu yang lama sumber yang paling utama vanilin adalah eugenol yang merupakan komponen utama minyak cengkeh. Anon. (2010) menyebut vanilin sintetis yang bersumber dari tumbuhan sebagai natural vanillin seperti natural vanillin ex clove, natural vanillin ex tumeric demikian juga halnya natural vanillin ex vanilla bean. Vanilin natural yang berasal dari cengkeh (natural vanillin ex clove) dijual dengan harga $ 23,59 per pound. Sedangkan vanilin natural yang berasal dari polong vanili (natural vanillin ex vanilla bean) dijual pada harga $1587,00 per pound. Sintesis vanilin selain dilakukan dengan cara kimia dari bahan yang bersumber langsung dari tumbuhan, sintesis vanilin dilakukan melalui proses biologis menggunakan beberapa jenis bakteri seperti Bacillus sp. dan Pseudomonas sp. (Furukawa et al. 2003). Sedangkan dari eugenol biotransformasi menjadi vanilin dapat terjadi dengan bantuan Escherichia coli (Overhage et al. 2003).

Selama ini Indonesia dikenal sebagai penghasil minyak cengkeh terbesar di dunia yang menguasai 63% pasar dunia (Rizal dan Djazuli, 2006) dengan tingkat produksi rata-rata 1500 ton/tahun. Pada tahun 2005 luas total

perkebunan cengkeh di Indonesia mencapai 329.624 ha dan terus meningkat sampai mencapai 467.400 ha pada tahun 2009 (Litbang Deptan, 2005; Direktorat Jenderal Perkebunan, 2009). Hal ini menunjukkan bahwa potensi produksi minyak cengkeh sebagai bahan baku pembuatan vanilin natural sangat besar. Selama ini proses produksi minyak daun cengkeh menggunakan bahan baku yang bersumber dari limbah tanaman cengkeh, yakni tangkai dan daun yang telah gugur sehingga hal ini diharapkan memperluas wawasan petani dalam mengoptimalkan pengolahan tanaman cengkeh yang berbasis selain bunga sebagai hasil utamanya.

Peluang usaha pengolahan minyak daun cengkeh dan produk turunan di Indonesia cukup besar, karena selain bahan baku yang tersedia cukup melimpah (potensi minyak daun cengkeh di Pulau Jawa 11,47 ton per hari yang setara luas areal ± 130.354 ha), juga kebutuhannya cukup banyak. Perhitungan ini didasarkan pada berat daun jatuh setiap pohon 0,5 kg per minggu, umur tanaman lebih dari 10 tahun (Rusli dan Wirawan, 1984), rendemen minyak daun cengkeh 2 % (Anon., 1992), populasi tanaman 100 pohon per hektar (polikultur) dan rata-rata penutupan kanopi 60% (Balittro, 2005). Saat ini harga minyak daun cengkeh di pasar internasional adalah USD8,25 per kilo, eugenol USD 9,70 dan isoeugenol USD 11,30 (Uhe, 2009), sedangkan harga vanillin sintetik ± USD 10 (Market report, 2008). European Flavour and Fragrance Association (2005) mencatat sekitar 25.600 kg isoeugenol digunakan di Eropa setiap tahunnya, sedangkan kebutuhan vanilin sintetik di dunia mencapai 10.500 ton tiap tahun (Fridge, 2004). Menurut Hansen, et. al., (2009), hanya sekitar 0,25% (40 ton dari 16000 ton) produk vanilin yang di jual yang berasal dari polong vanili (vanilla pod) selebihnya berasal dari lignin, terutama dari guaiacol.

Minyak daun cengkeh mengandung dua kelompok komponen penyusun. Kelompok pertama adalah senyawa fenolat dengan eugenol (80-85%) sebagai komponen terbesar. Kelompok kedua adalah senyawa non fenolat, meliputi β -karyofilen, α-kubeben, α-kopaen, humulen, δ- kadinen, dan kadina 1,3,5 trien dengan beta karyofilen sebagai komponen terbesar (Sastrohamidjojo, 2002).

Salah satu cara untuk meningkatkan nilai tambah minyak daun cengkeh yaitu dengan memproduksi senyawa isolat dari minyak daun cengkeh (eugenol) atau senyawa turunannya antara lain isoeugenol dan vanilin. Konversi minyak

cengkeh menjadi vanilin dapat dilakukan dengan berbagai metode. Sebagian besar literatur menyebutkan bahwa proses diawali dengan isomerisasi eugenol dalam minyak cengkeh menjadi isoeugenol dengan katalis basa alkali baik tanpa pelarut (US3544621; GB271818; US1643805; GB1186953,) atau dengan pelarut seperti anilin (GB271819;US1643804), amil alkohol (GB417072). Proses isomerisasi ini juga dapat menggunakan katalis logam seperti ruthenium, osmium (US4138411,

Sharma, et.al., 2005), rhodium (GB1489451), hidrotalsit (Kishore dan Kannan, 2004). Selanjutnya isoeugenol dioksidasi menjadi vanilin dengan penambahan oksidator cair seperti nitrobenzen (GB417072; GB442061; US1643805; GB271818; GB1186953; Sastrohamidjojo, 2002), larutan dikromat, permanganat, hidrogen peroksida (Thorpe, 1954).

Prinsip pembuatan isoeugenol adalah reaksi isomerisasi eugenol dimana ikatan rangkap pada grup alkenil pindah ke posisi konjugasi pada cincin benzena. Reaksi isomerisasi eugenol pada tingkat komersial umumnya dilakukan dengan cara mereaksikan eugenol dengan larutan basa berlebih pada suhu tinggi (Sharma et al., 2006). Lamanya waktu pemanasan pada reaksi isomerisasi eugenol (5 – 7 jam) serta suhu yang tinggi (Cerveny et al., 1987) dapat mengakibatkan terjadinya overheating serta dekomposisi produk yang dihasilkan. Kelemahan lain yaitu pelarut yang diperlukan cukup tinggi dan hasil isomerisasinya sangat kental yang akan memadat dalam keadaan dingin (Anon., 1987). Untuk mengatasi hal tersebut, teknologi gelombang mikro diduga dapat diaplikasikan untuk menghasilkan produk isoeugenol dengan kemurnian yang tinggi dalam waktu yang singkat.

Penggunaan basa kuat sebagai katalis isomerisasi eugenol dapat digantikan oleh katalis dari golongan logam transisi. Beberapa jenis katalis logam transisi yang telah digunakan dalam isomerisasi eugenol, yaitu rhutenium (Gandilhon, 1979; Sharma, et al., 2006), serta rhodium (Givaudan, 1977; Cerveny et al., 1987). Katalis logam transisi yang banyak digunakan yaitu ruthenium, namun penggunaan katalis ini masih memerlukan konsentrasi katalis cukup tinggi sehingga kurang efisien (Chalk., 1975). Katalis rhodium merupakan alternatif untuk proses isomerisasi eugenol menjadi isoeugenol karena penggunaannya lebih efisien (Chalk, 1975; Cerveny et al., 1987) sehingga dapat mengurangi pemakaian

bahan kimia. Selain dari pada itu, katalis rhodium dapat mengurangi beberapa kelemahan penggunaan katalis basa kuat karena jumlah katalis dan pelarut yang digunakan sangat rendah serta campuran reaktan tidak mengalami pengentalan sehingga prosesnya lebih mudah. Katalis rhodium memiliki keunggulan dibandingkan katalis logam transisi lainnya dimana untuk mendapatkan tingkat konversi eugenol yang setara jumlah katalis yang digunakan lebih rendah (Givaudan 1977).

Sintesis vanilin dari eugenol meliputi dua tahapan proses yaitu isomerisasi eugenol menjadi isoeugenol, yang dilanjutkan dengan oksidasi isoeugenol menjadi vanilin (Sastrohamidjojo, 2002). Prosedur standar yang biasa digunakan dalam sintesis vanilin adalah jalur oksidasi dengan nitrobensen (Anon., 1997). Keunggulan metode ini yaitu relatif mudah dilaksanakan (suhu reaksi 130oC, waktu 3 jam) dengan tingkat efisiensi cukup tinggi (Sastrohamidjojo, 2002). Sintesis vanilin juga dapat dilakukan dengan oksidasi menggunakan H2O2 dan katalis methyltrioxorhenium (MTO) (Herrmann, et al., 2000). Metode ini menggunakan suhu reaksi yang lebih rendah dan waktu reaksi lebih singkat, namun harga MTO sangat mahal.

Beberapa cara sintesis vanilin yang telah diketahui antara lain, sintesis vanilin dari coniferin, guaiakol, lignin, eugenol, ekstrak vanilin dari polong vanili dan ekstrak vanilin dari proses biotransformasi menggunakan mikroorganisme.

Berdasarkan informasi diatas, dilakukan perancangan proses produksi vanilin dari beberapa jalur proses yang paling menguntungkan baik dari aspek teknis maupun finansial. Oleh karena itu dalam pemilihan proses optimum produksi vanilin didasarkan atas pertimbangan aspek efektivitas (pencapaian waktu operasi yang singkat, kondisi proses yang relatif aman, dan mudah pengendaliannya) dan efesiensi proses, maka dilakukan penelitian untuk memilih proses yang relatif murah, singkat serta dengan ketersediaan bahan baku yang potensial di Indonesia. Perancangan proses dengan kondisi operasi dengan menggunakan energi yang efisien pada umumnya berkorelasi positif dengan penurunan biaya investasi dan biaya produksi (Davis et al. 2001).

B Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan mendapatkan rancangan proses produksi isoeugenol dan vanilin melalui reaksi isomerisasi dan oksidasi sehingga dapat menghasilkan produk yang mempunyai kalayakan teknis maupun finansial.

C Manfaat Penelitian

Hasi penelitian ini diharapkan dapat digunakan dalam pengembangan proses produksi vanilin khususnya dari bahan dasar eugenol minyak daun cengkeh secara efisien sehingga mampu meningkatkan nilai tambah.

D Ruang Lingkup Penelitian

Ruang lingkup penelitian adalah sebagai berikut : 1. Analisis peluang dan masalah produksi vanilin.

2. Identifikasi isoeugenol dan vanillin dengan menggunakan, FTIR dan HNMR.

3. Pemilihan proses meliputi: isomerisasi eugenol dan oksidasi isoeugenol (produksi vanilin).

4. Pengembangan proses meliputi integrasi proses, simulasi model perancangan proses sintesis senyawa isoeugenol dan vanilin dan melakukan analisis finansial produksi isoeugenol dan vanilin yang dihasilkan pada skala ekonomis dan analisis nilai tambah

II.TINJAUAN PUSTAKA

A. Minyak Daun Cengkeh

Minyak daun cengkeh diperoleh dari penyulingan daun cengkeh (Syzigium aromaticum, Eugenia caryophyllata dan Syzigium caryophyllum). Metode yang umum digunakan yaitu penyulingan dengan uap air. Minyak daun cengkeh berwarna kuning muda. Minyak daun cengkeh digunakan sebagai bahan baku industri pangan, parfum, farmasi, dan bahan pembuatan vanilin sintetik (Ketaren, 1985).

Minyak daun cengkeh pada umumnya mengandung jumlah eugenol lebih sedikit bila dibandingkan dengan minyak bunga cengkeh. Mutu minyak daun cengkeh terutama ditentukan oleh kandungan eugenol dan warna minyak (Ketaren, 1985). Tabel 1 memperlihatkan standar mutu minyak daun cengkeh berdasarkan Standar Nasional Indonesia.

Tabel 1 Standar mutu minyak daun cengkeh menurut SNI 06-2387-1998

Karakteristik Nilai

Bobot Jenis pada 15oC 1,03 - 1,06

Indeks Bias pada 20oC 1,52 - 1,54

Kadar eugenol minimal (%) 78

Minyak pelikan Negatif

Minyak lemak Negatif

Kelarutan dalam alkohol 70% Larut dalam dua volume

Sumber : BSN, 1998

Minyak daun cengkeh mengandung dua kelompok komponen penyusun. Kelompok pertama adalah senyawa fenolat dengan eugenol (80-85%) sebagai komponen terbesar. Kelompok kedua adalah senyawa non fenolat yang meliputi beta karyofilen, alfa kubeben, alfa kopaen, humulen, delta kadinen, dan kadina 1,3,5 trien dengan beta karyofilen sebagai komponen terbesar (Sastrohamidjojo, 2002).

Minyak daun cengkeh umumnya dilakukan pengolahan lanjutan menjadi eugenol. Proses lanjutan ini dapat menggunakan destilasi fraksinasi atau ekstraksi secara kimiawi.

B. Eugenol

Eugenol dan non eugenol dari minyak daun cengkeh dapat dipisahkan dengan cara penambahan larutan NaOH atau KOH dan membentuk larutan natrium atau kalium eugenolat yang larut dalam air. Sedangkan komponen lain dalam minyak daun cengkeh tidak larut dalam air sehingga akan tebentuk dua lapisan cairan yang mudah dipisah. Cairan Na/K-eugenolat setelah terpisah dapat dinetralkan dengan larutan asam sulfat.

Eugenol dapat diisolasi dengan penambahan NaOH. Jumlah NaOH yang direaksikan harus proporsional dengan kandungan eugenol dalam minyak daun cengkeh. Eugenol akan bereaksi dengan NaOH membentuk Na-eugenolat yang larut dalam air. Setelah reaksi berlangsung akan diperoleh dua lapisan. Lapisan atas merupakan senyawa atau komponen dalam minyak cengkeh selain eugenol. Eugenol dapat diperoleh dengan menetralkan larutan eugenolat dengan menambahkan HCl hingga pH 3. Pada akhir reaksi terjadi dua lapisan, dimana lapisan atas mengandung eugenol (Sastrohamidjojo, 2002). Spesifikasi eugenol dalam perdagangan disajikan pada Tabel 2.

Tabel 2 Spesifikasi eugenol dalam perdagangan

Karakteristik Nilai

Bobot jenis pada 25o 1,064 – 1,070

Indeks bias pada 20oC 1,540 – 1,542

Kemurnian Eugenol, min. 99%

Penampakan dan warna Cairan bening sampai kuning muda

Kelarutan dalam etanol 70% 1 : 2

Aroma aroma cengkeh

Sumber : Anonim, 2006b

Wirawan (1982) melaporkan isolasi eugenol menggunakan larutan NaOH 4%, 5%, dan 6% dengan nisbah minyak daun cengkeh dengan larutan NaOH 1 : 5 menunjukkan bahwa konsentrasi NaOH yang dipergunakan dalam isolasi eugenol dari minyak daun cengkeh berpengaruh nyata terhadap kemurnian eugenol serta berpengaruh sangat nyata terhadap sifat fisiko-kimia dan rendemen eugenol yang diperoleh. Pada penelitian di atas juga dilakukan isolasi eugenol menggunakan larutan NaOH 7% dengan nisbah minyak daun cengkeh dan larutan NaOH 1 : 5, dari hasil percobaan ternyata terjadi

penyabunan setelah minyak daun cengkeh direaksikan dengan larutan NaOH 7%. Rendemen eugenol yang tertinggi diperoleh dari perlakuan dengan larutan NaOH dengan konsentrasi 4% pada suhu 45oC. Selanjutnya untuk memisahkan komponen non eugenol atau komponen bukan asam, komponen diekstrak dengan eter, sedangkan natrium eugenolat larut dalam air dan pereaksinya. Eugenol ini kemudian dimurnikan dengan penguapan atau penyulingan. Menurut Sumangat et.al. (2003)., isolasi eugenol menggunakan NaOH 6% dan nisbah minyak daun cengkeh terhadap NaOH 1:7 sudah dapat meningkatkan rendemen dan kemurnian eugenol yang diperoleh. Wahyudin, (2007)., melaporkan isolasi eugenol menggunakan NaOH 10% dapat menurunkan larutan NaOH yang digunakan tetapi masih dapat menghasilkan produk isolasi dengan kemurnian dan rendemen yang cukup tinggi.

Dari berbagai kegunaan eugenol yang telah diketahui (pengobatan gigi, parfum, flavor) salah satunya adalah sebagai bahan dasar produksi isoeugenol untuk pembuatan vanilin. Di Indonesia penggunaan eugenol sebagai bahan baku vanilin masih belum dikembangkan, walaupun potensi sumber bahan baku eugenol dari minyak daun cengkeh cukup besar.

Eugenol termasuk senyawa yang mengandung beberapa gugus fungsional yaitu alil (alkena), fenol dan eter dan merupakan cairan tidak berwarna atau kekuning-kuningan, dan berubah menjadi coklat bila kontak dengan udara. Sifat fisiko-kimia eugenol antara lain disajikan dalam Tabel 3. Tabel 3 Sifat fisiko-kimia eugenol

- Rumus molekul C10H12O2 - Rumus bangun

- Titik leleh (oC) -9 - Titik didih (oC) 254 - Bobot jenis 1,066

- Kelarutan Sedikit larut air ( <1 mg/ml ), larut dalam eter, alkohol, kloroform, asam asetat dan larutan basa - Indeks bias 1,5410

C. Isoeugenol

Isoeugenol dapat dijumpai di alam antara lain dalam minyak cengkeh, ylang-ylang, dan cempaka (West, 1949). Komponen tersebut umumnya sangat sedikit sehingga isolasi isoeugenol dari bahan alam tersebut tidak efisien. Isoeugenol banyak digunakan dalam industri parfum, penambah aroma, dan industri farmasi sebagai antiseptik dan analgesik, serta banyak digunakan sebagai bahan baku vanilin.

Isoeugenol atau dengan nama lain orto metoksi fenol atau 2-metoksi-4-(1-propenil) fenol merupakan isomer struktur dari eugenol dengan rumus molekul C10H12O2. Isoeugenol komersial merupakan campuran dari isomer cis- dan trans- yang memiliki struktur molekul seperti disajikan pada Gambar 1. Secara fisik, isoeugenol merupakan cairan kental dengan aroma cengkeh namun lebih lunak dan berwarna kekuning-kuningan. Sifat fisiko-kimia isoeugenol disajikan pada Tabel 4.

Tabel 4 Sifat fisiko-kimia isoeugenol

Karakteristik Nilai

Rumus molekul C10H12O2

Warna kuning jernih

Bobot jenis (g/ml) 1,077

Indeks bias 1.5760

Titik didih (oC) 266 – 268

Titik leleh (oC) - 10

Kelarutan dalam air agak larut

Bobot molekul (g/mol) 164,20

Sumber : http://www.coleparmer.com/catalog/Msds/19038.htm 2005)

Gambar 1 Struktur molekul isoeugenol (Kadarohman dkk. 1999)

OCH3

OCH3

OH

H H

OH

H H

Tran s-

Sebagian besar isoeugenol diperoleh melalui isomerisasi eugenol, karena isolasi isoeugenol dari bahan alam tidak efisien. Beberapa faktor yang mempengaruhi reaksi isomerisasi eugenol menjadi isoeugenol yaitu jenis katalis, pelarut, suhu, nisbah molar (konsentrasi katalis), dan adanya air (Cerveny et al., 1987).

Isomerisasi eugenol menjadi isoeugenol merupakan suatu reaksi katalitik, antara lain NaOH/KOH (Moestafa et al.,1990; Baby, 1997), rhutenium (Alan, 1975; Sharma et al., 2006), dan rhodium (III) klorida (Givaudan, 1977; andrieux et al., 1977, Cerveny et al.,1987). Penggunaan katalis tersebut menghasilkan isoeugenol dengan rendemen tinggi, namun terdapat perbedaan dalam kemudahan proses dan waktu reaksi yang diperlukan (Cerveny et al., 1987).

Baby (1997) menyatakan isomerisasi eugenol menjadi isoeugenol dengan katalis KOH pada konsentrasi 4 M, pelarut alkohol (etanol dan gliserol), dan suhu pemanasan 130-150oC dapat mengkonversi eugenol menjadi isoeugenol sebanyak 95-98%. Penggunaan pelarut gliserol lebih menguntungkan dibandingkan dengan etanol karena waktu reaksi yang diperlukan lebih singkat (0,75 jam) dibandingkan dengan etanol (5 jam). Namun demikian, penggunaan katalis KOH tersebut memiliki kelemahan yaitu produk yang dihasilkan sangat kental, dan memadat pada keadaan dingin, serta memerlukan jumlah pelarut yang cukup banyak (Cerveny et al., 1987). Baby (1997) juga membandingkan pemanasan konvensional (refluks) dan gelombang mikro pada isomerisasi eugenol menjadi isoeugenol dengan katalis alkalin (KOH). Pemanasan menggunakan gelombong mikro ternyata dapat mempercepat waktu reaksi 13,2 kali lebih cepat dibandingkan dengan pemanasan konvensional (refluks). Hasil penelitian Kurniawan (2005), menunjukkan bahwa konversi eugenol menjadi isoeugenol pada isomerisasi dengan pemanasan gelombang mikro pada tingkat warm mencapai 92,44%, dengan komposisi 0,02% trans- dan 94,97% cis-isoeugenol.

Alan (1975) melaporkan ruthenium dapat digunakan sebagai katalis pada proses isomerisasi eugenol menjadi isoeugenol. Namun demikian,

penggunaan katalis ini kurang efisien karena memerlukan suhu dan konsentrasi katalis yang tinggi.

Penggunaan rhodium (III) klorida sebagai katalis isomerisasi, memiliki keunggulan dibandingkan dengan katalis alkalin dan ruthenium. Salah satu keunggulan katalis rhodium, yaitu penggunaan katalis dengan konsentrasi yang sangat rendah (Alan, 1975). Menurut Alan, (1975), penggunaan katalis rhodium dengan konsentrasi 87 ppm pada suhu 25-160oC dapat menghasilkan isoeugenol dengan rendemen 90-98%.

Soesanto (2006), melakukan isomerisasi eugenol menggunakan katalis rhodium (III) klorida hidrat dengan pemanasan menggunakan gelombang mikro. Pada penelitiannya diamati mengenai pengaruh konsentrasi katalis RhCl3.3H2O (0,08 %, 0,16 %, dan 0,24 %) dan lamanya waktu pemanasan dengan gelombang mikro (10 menit, 15 menit, dan 20 menit) terhadap karakteristik produk isoeugenol yang dihasilkan. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa kadar isoeugenol meningkat secara nyata dengan semakin lamanya waktu pemanasan sampai dengan 15 menit, namun perpanjangan waktu pemanasan dari 15 menit sampai 20 menit tidak meningkatkan kadar isoeugenol secara nyata dan bahkan terjadi sedikit penurunan. Penggunaan katalis RhCl3.3H2O menghasilkan nisbah cis dan trans yang lebih baik dibandingkan dengan katalis KOH.

Menurut Alan (1975), pelarut yang digunakan dalam isomerisasi eugenol menjadi isoeugenol dengan katalis rhodium (III) klorida sebaiknya pelarut alkohol yang memiliki titik didih rendah dengan atom karbon 1-4. Hasil penelitian Cerveny et al., (1987) menunjukkan bahwa pelarut etanol lebih efektif dibandingkan dengan isopropranol karena waktu reaksinya yang lebih cepat. Keberadaan air dalam isomerisasi eugenol menjadi isoeugenol dengan katalis rhodium memberikan pengaruh negatif. Hasil penelitian Kadarohman(2009), menunjukkan bahwa adanya air dalam reaksi isomerisasi ini menyebabkan konversi menjadi rendah.

D. Vanilin

Vanilin atau 4-hidroksil-3-metoksilbenzaldehida dengan rumus molekul C8H8O3, mempunyai gugus fungsional aldehida, metoksil, dan

hidroksil (Gambar 2). Secara fisik, vanilin merupakan kristal putih atau sedikit berwarna kuning yang mempunyai bau, aroma, dan rasa yang khas. Vanili banyak dipakai sebagai pengharum makanan, minuman, parfum dan obat-obatan. Sifat fisiko-kimia vanilin disajikan pada Tabel 5.

Gambar 2 Struktur molekul vanilin (Kadarohman dkk. 1999) Tabel 5 Sifat fisiko-kimia vanilin

Karakteristik Nilai

- Rumus molekul C8H8O3

- Warna putih atau sedikit kuning

- Bobot jenis (g/cm3) 1,056 (padat)

- Titik didih (oC) 285

- Titik leleh (oC) 80-81

- Kelarutan dalam air (25oC) 1 g/100 ml

- Bobot molekul (g/mol) 152,14

Sumber : http://www.chemicalland21.com, 2005.

Secara alami, vanili terdapat sebagai komponen utama buah vanili. Tanaman penghasil buah vanili yaitu Vanilla planifolia, V. pompana, dan V. tahitensis, namun tanaman yang banyak dibudidayakan yaitu V. planifolia.

Vanilin dapat diisolasi dari buah vanili, namun kadar vanilin terdapat dalam buah vanili sangat kecil yaitu berkisar 1,5-3%. Unsur utama dari polong vanili adalah vanilin, asam vanilat, p-hidroksibensaldehid dan p-asam hidroksibensoat (Smith, 1964; Archer, 1989; Ranadive, 1992 di dalam Peter, 2004)

Disebabkan oleh mahalnya ekstrak vanilin alami dan ketersediaannya yang terbatas, maka telah lama dilakukan pembuatan vanilin sintesis. Proses produksi vanilin alami dari tanaman vanila berlangsung lama dan melelahkan.

OCH3

OH

Proses penyerbukannya memerlukan bantuan tangan manusia selanjutnya pemeraman selama 1- 6 bulan daari saat polong vanila hijau dipanen. Produksi 1 kg vanili membutuhkan sekitar 500 kg polong vanili, yang setara dengan penyerbukan 40.000 bunga. Saat ini, hanya 0,25% (40 ton dari 16.000) dari vanilin yang berasal dari polong vanili yang dapat dijual setiap tahun selebihnya berasal dari lignin, terutama dari guaiacol (Hansen, et. all., 2009). Sementara sebagian besar sisanya disintesis secara kimia dari lignin atau hidrokarbon fosil, khususnya yang mengandung guaiacol.

Beberapa cara sintesis vanilin yang telah diketahui antara lain :

a. Sintesis vanilin dari coniferin, yaitu suatu glukosida yang diperoleh dalam getah dari kambium coniferin. Sintesis dilakukan melalui oksidasi dengan asam kromat menghasilkan glukovanilin yang akan terurai oleh asam menjadi vanilin dan glukosa.

b. Sintesis vanilin dari guaiakol, yaitu suatu senyawa yang diperoleh dari tar kayu guaiakol. Sintesis vanilin ini melibatkan formilasi (formylation) guaiakol oleh formaldehida, yang dikenal dengan reaksi Reimer-Tiemann. Proses ini merupakan salah satu jalur sintesis vanilin yang cukup murah, dan banyak digunakan sebelum berkembangnya penggunaan lignin dari limbah pabrik kertas, dan bila harga minyak cengkeh mahal (Kerkar, 2005).

c. Sintesis vanilin dari lignin, yaitu melalui proses oksidasi lignin (asam lignosulfonat) dari limbah cair pabrik kertas pada kondisi alkalin (Kerkar, 2005). Vanilin yang diperoleh dari bahan ini berkisar 5-10 %. Kelayakan teknologi ini tergantung pada hasil yang diperoleh. Selain dengan cara kimia, sintesis vanilin dari lignin dapat dilakukan melalui proses biologis menggunakan beberapa jenis bakteri seperti Bacillus sp. dan Pseudomonas sp. (Furukawa et al., 2003).

d. Sintesis vanilin dari eugenol, yaitu melalui proses isomerisasi eugenol menjadi isoeugenol yang dilanjutkan dengan oksidasi untuk membentuk vanilin. Keuntungan penggunaan eugenol sebagai bahan vanilin, yaitu bahan baku tersedia secara kontinyu, dan jalur reaksinya yang sederhana.

BB-Pascapanen (2006) dan Cisadesi (2007) melaporkan bahwa vanilin dapat disintesis melalui eugenol dari minyak daun cengkeh seperti disajikan pada Gambar3.

Gambar3. Sintesis vanilin dari eugenol

Reaksi oksidasi isoeugenol menjadi vanilin disajikan pada Gambar 4. Faktor-faktor yang mempengaruhi keberhasilan proses oksidasi isoeugenol menjadi vanilin, yaitu jenis oksidator, katalis, suhu dan lama reaksi, dan nisbah mol oksidator dengan isoeugenol.

Produk mengkristal pada suhu kamar

Eugenol

Perlakuan konsentrasi katalis dan lama reaksi + Katalis RhCl3. 3H2O

dalam etanol

Gelombang mikro

Perlakuan daya dan lama reaksi

Perlakuan nisbah mol dan lama reaksi

Refluks 130oC

Nitrobenzena/ DMSO/KOH

Pendinginan

HCl

Pendinginan

Isoeugenol

Ekstraksi dengan dietil eter Penguapan pelarut

Isoeugenol Vanilin Gambar 4 Oksidasi isoeugenol menjadi vanilin

Jenis oksidator yang telah diketahui dapat digunakan dalam oksidasi isoeugenol menjadi vanilin diantaranya nitrobenzen (Sastrohamidjojo, 2002), KMnO4 dengan katalis 18-crown eter-6 (Setiyatno, 1991), dan H2O2 dengan katalis methyltrioxorhenium (MTO) (Herrmann et al., 2000).

Menurut Sastrohamidjojo (2002), oksidasi menggunakan oksidator nitrobenzen pada suhu 130oC selama 3 jam dapat menghasilkan vanilin sebanyak 53,8% pada pemanasan dengan cara konvensional. Pada pemanasan dengan gelombang mikro vanilin yang dihasilkan sebanyak 86,10% (Suwarso, 2005). Rendemen vanilin yang dihasilkan pada oksidasi dengan KMnO4 dan katalis 18-crown eter-6 lebih rendah dibandingkan dengan nitrobenzen, yaitu sebesar 22.9%. Menurut Cisadesi (2007), pada sintesis vanilin dengan nisbah penggunaan oksidator nitrobensen maupun KOH terhadap isoeugenol pada jumlah yang sangat sedikit, tidak dapat menghasilkan rendemen maupun kemurnian produk vanilin yang tinggi.

Herrmann et al., (2000), telah melakukan oksidasi isoeugenol menjadi vanilin dengan oksidator H2O2 dan katalis methyltrioxorhenium (MTO). Rendemen vanilin yang dihasilkan cukup tinggi (64-75%). Metode ini menggunakan suhu reaksi yang lebih rendah (60oC) dan waktu reaksi yang lebih singkat (2 jam), namun masalah utamanya yaitu ketersediaan katalis MTO dan harganya yang tinggi.

E. Katalis

Katalis adalah suatu senyawa kimia yang mampu menyebabkan suatu reaksi lebih cepat mencapai kesetimbangannya tanpa terlibat langsung secara

OCH3

OH

O

Oksidator Panas

OCH3

permanen dalam reaksi (Keenan, 1992). Fungsi katalis adalah untuk menurunkan energi suatu reaksi sehingga laju reaksi dapat meningkat.

Secara garis besar, katalis dikelompokkan menjadi tiga jenis: katalis homogen, katalis heterogen, dan katalis enzim. Katalis homogen adalah katalis yang mempunyai fasa yang sama dengan substrat atau interaksi antara substrat dan katalis berada pada fasa yang sama. Katalis heterogen adalah katalis yang yang mempunyai fasa yang berbeda dengan substrat atau interaksi antara substrat dan katalis berada pada fasa yang berbeda. Sedangkan katalis enzim merupakan molekul protein dengan ukuran koloid, memiliki fasa yang berada di antara katalis homogen dan heterogen (chem-is-try.org, 2006).

Katalis RhCl3.3(H2O) merupakan katalis dari logam transisi yang sering digunakan dalam proses reaksi sintesis senyawa kimia. RhCl3.3(H2O) mempunyai berat molekul 293.28, berwarna merah tua dengan bentuk kristal, bersifat higroskopis. RhCl3.3(H2O) dihasilkan dari reaksi HCl terhadap Rhodium (III) Oxida (Swan et al., 1974). Reaksi isomerisasi yang dikatalisis oleh logam terdiri atas dua mekanisme (Chiu, 2002), yaitu: 1) mekanisme eliminasi-adisi hidrida logam, dimana mekanisme ini memerlukan hidrogen eksternal (Gambar 5) dan 2) mekanisme π-allyl kompleks atau pergeseran atom hydrogen 1,3 (Gambar 6). Menurut Sharma et al. (2006), kunci dari mekanisme π-allyl kompleks yaitu pengaktifan –C-H pada posisi β yang merupakan tahap yang melibatkan penyusunan tiga atom karbon pada ikatan π

terhadap logam.

Gambar 5. Mekanisme eliminasi-adisi hidrida logam

Gambar 6 Mekanisme π-allyl kompleks

α γ

F. Perancangan Proses Produksi Vanillin

Perancangan merupakan proses kreatif dan berdisiplin untuk memecahkan masalah yang mencakup pendefinisian dan penyelesaian masalah dengan mengunakan prinsip metode ilmiah dan seni, imformasi teknis dan imajinasi menentukan struktur, mesin, proses atau sistem baru yang memenuhi fungsi yang diinginkan dengan nilai ekonomis dan efisiensi tinggi (Johnston et al. 2000). Proses perancangan pada intinya merupakan kegiatan yang berurutan secara sistematis dan terpadu dalam bentuk sintesis yaitu bagaimana suatu masalah yang sulit dan komplek diurai menjadi beberapa masalah yang lebih mudah kemudian dilanjutkan dengan menggabungkan dari masing-masing pemecahannya menjadi pemecahan masalah aslinya (Johnston et al. 2000). Skema proses perancangan menurut Roy dan Cross dalam Johnston et al. (2000) disajikan pada Gambar 7 berikut.

Gambar 7 Model proses perancangan (Roy and Cross 1983 diacu dalam Johnston et al. 2000)

Invensi Sketsa model/pola Pengembangan percobaan Spesifikasi dan disain prototip Pengembangan manufacturing Rancangan produk dan peralatan Produksi Pematangan Penurunan /penggantian Pengembangan bertahap Inovasi tambahan dan pengembangan rancangan Engineering design Pemasaran Inovasi Science Sumber ide: • Kreativitas individu/tim

• Penelitian pasar

• Masukan konsumen

• Produk pesaing

• Komponen/material baru

• Penelitian dasar

• Masalah yang harus diselesaikan • Tantangan • Kemampuan teknologi, pengetahuan, material termasuk ketrampilan Engineering science

Dua teknik dasar dalam sintesis proses adalah teknik heuristik dan algoritma. Teknik algoritma adalah analisis sederhana untuk menganalisis masalah komplek dengan cara pengamatan susunan terstruktur, sedangkan teknik heuristik adalah teknik pemilihan proses berdasarkan logika dan informasi dasar (Rudd dan Watson 1973). Sintesis proses secara heuristic merupakan pengambilan keputusan berdasarkan teori dan penyelesaian yang dapat dipercaya: rule of thumb, spekulasi, dan subyektif (Seider at al. 1999). Teknik heuristik dalam sintesis proses adalah proses penjabaran sejumlah langkah praktis untuk mencapai tujuan kegiatan.

Beberapa teknik heuristic dalam sintesis proses dikembangkan oleh Rudd dan Watson (1973), Douglas (1988) dan Sieder et al. 1999). Sintesis proses menurut Rudd dan Watson (1973) meliputi: (1) pemilihan jalur reaksi proses, (2) alokasi bahan atau pereaksi, (3) pertimbangan teknik pemisahan atau proses hilir, (4) pemilihan operasi pemisahan dan, (5) integrasi atau pemaduan rancangan satu sampai empat. Sedangkan menurut Douglas (1988) sintesis proses meliputi: (1) teknik reaksi /proses, (2) analisis input-output, (3) pengalokasian output dan, (4) operasi pemisahan dan jaringan penukar panas. Sintesis proses menurut Seider at al. (1999) meliputi: penghilangan/memperkecil perbedaan, (2) distribusi bahan, (3) teknik pemisahan, (4) eliminasi dan, (5) integrasi.

Perancangan proses yang bersifat interaktif juga dikembangkan oleh Sinnot (1999) seperti disajikan pada Gambar 8. Tahapan penting dalam perancangan tersebut meliputi pengumpulan data, sifat fisika, metode, seleksi dan evaluasi proses. Perancangan proses melalui analisis sistem proses disampaikan oleh hartmann dan kaplick (1990) seperti ditunjukkan Gambar 9.

Gambar 8 Model proses perancangan interaktif (Sinnot 1999)

Gambar 9 Perancangan proses melalui tahapan analisis sistem proses (Hartman and Kaplick 1990)

Perancangan proses dilakukan karena adanya peluang untuk menghasilkan produk yang menguntungkan dan memuaskan serta adanya permasalahan langsung dari masyarakat (Sieder at al. 1999). Permasalahan dirumuskan secara

Rancangan akhir Tujuan

(Spesifikasi rancangan) Pengumpulan data, sifat

fisika,

Generalisasi dari perekaan rancangan yang mungkin

Seleksi dan evaluasi (Optimasi)

Sintesis (Perancangan sistem) Analisis/Modeling dan

Simulasi

Optimasi dan Evaluasi (Multiobjective) Apakah properties

sistem tercapai

Rancangan proses akhir

ya tidak

Sistem yang ada

Tujuan spesifikasi kebutuhan

spesifik berdasarkan informasi dari survei literature. Informasi yang dimaksud berkaitan dengan bahan baku, skala proses, permintaan pasar, harga jual produk dan lain-lain. Invensi dalam perancangan proses dimulai dengan membuat pernyataan masalah sederhana (statemen problem primitive), kemudian dilanjutkan pembentukan tim perancang, pengumpulan informasi, kreasi proses untuk menyelesaikan masalah spesifik.

Kreasi proses dilakukan setelah permasalahan dirumuskan dan survei literature dilaksanakan (Gambar 10). Kreasi proses dilaksanakan melalui pengumpulan data sifat-sifat termofisika bahan kimia dan percobaan laboratorium. Kegiatan terpenting dari kreasi proses adalah sintesis yang terdiri atas eliminasi perbedaan tipe molekul, pencampuran, pemisahan, eliminasi perbedaan suhu, tekanan dan fase serta integrasi proses (Sieder at al. 1999). Kreasi proses diakhiri dengan analisis keuntungan kasar. Proses dihentikan ketika harga produk melebihi harga bahan baku.

Gambar 10 Tahap perancangan proses kimia (Seider et al. 1999) Peluang (Opportunity) Menganalisis permasalahan Survei literatur Kreasi proses (Process creation)

Sintesis proses awal: reaksi, separasi, perubahan operasi, integrasi tugas, seleksi peralatan

Sintesis separasi Analisi hulum/aturan

Penilaian pengendalian: Sintesis struktur pengendalian, Analisis pengendalian, Simulasi dinamik

Penilaian start up:

Peralatan tambahan Simulasi dinamik

• Analisis keamanan dan uji ketahanan

• Pengetesan pilot plant

Integrasi panas dan daya

Konstruksi Startup Operasi Rancangan rinci: Kondisi optimum proses, ukuran alat &

etimasi biaya modal

Laporan perancangan

Rancangan akhir: gambar peralatan, diagram perpipaan, diagram instrumentasi, tata letak & skala model

knstruksi

Kreasi satabase awal (Preliminary Database Creation)

Percobaan

Pengembangan proses berdasarkan kasus Proses rinci Sintesis – Metode

Algoritma Menciptakan flowsheet proses

Integrasi proses

Create a detailed database

Pengetesan Pilot plant Modifikasi flowsheet

Simulasi model

Apakah ada keuntungan kasar ? ?

tolak tidak

ya

tidak

Apakah proses menjanjikan? ya

tolak

ya Apakah proses layak ? tidak

Pengembangan proses dilakukan terhadap proses yang memberikan keuntungan. Tim perancang membuat membuat diagram alir proses yang rinci disertai dengan neraca massa, neraca energi dan daftar peralatan.

Inti dari perancangan proses adalah menemukan pilihan-pilihan proses yang layak untuk dikembangkan sehingga pemilihan proses merupakan titik awal yang cukup menentukan (Suryani dan Mangunwidjaja 2002). Perancangan proses berhubungan erat dengan kegiatan sintesis yang marupakan kegiatan yangberurutan dan terpadu. Dalam sintesis dilakukan pemilihan proses dengan mengikuti kaidah umum seperti mempertimbangkan biaya rendah, aman, memenuhi persyaratan lingkungan dan mudah mengoperasikannya.

G. Analisis Finansial

Analisis finansial dilakukan untuk mengetahui tingkat kelayakan ekonomis suatu proyek. Beberapa kriteria investasi yang digunakan dalam menentukan kelayakan suatu usaha adalah NPV (Net Present Value), IRR (Internal Rate of Return), Net B/C (Net Benefit Cost ratio), PBP (Pay Back Period) dan BEP (Break Even Point) (Gittinger, 1986; Thuesen dan Fabrycky, 1993; Blank dan Tarquin, 2002). NPV merupakan perbedaan antara nilai sekarang dari keuntungan dan biaya. Nilai NPV yang positif rnenunjukkan bahwa proyek atau industri tersebut Iayak untuk dilaksanakan sementara nilai NPV yang negatif berarti proyek tidak layak. Formulasi yang digunakan untuk menghitung NPV adalah sebagai berikut (Thuesen dan Fabrycky, 1993) :

n

NPV = ∑ (Bt - Ct)/(1+i)t ………..………. (1) t= 1

dengan: n = Umur ekonomi

Bt = Penerimaan kotor tahun ke-t Ct = Biaya kotor tahun ke-t

i = Tingkat suku bunga

IRR tingkat investasi adalah tingkat suku bunga ( disccount rate) yang menunjukkan nilai sekarang netto (NPV) sama dengan jumlah keseluruhan investasi proyek. Nilai IRR yang Iebih besar dibandingkan dengan tingkat suku

bunga yang berlaku menunjukkan proyek layak untuk dilaksanakan (Horne,1977). Secara matematis IRR dirumuskan sebagai berikut :

n

∑ (Bt - Ct)/(1+IRR)t = 0 ……… (2) t= 1

dengan: n = Umur ekonomi

Bt = Penerimaan kotor tahun ke-t Ct = Biaya kotor tahun ke-t

Net B/C merupakan perbandingan antara nilai total sekarang dan pendapatan bersih pada periode saat pendapatan bersih bernilai positif dengan nilai total sekarang pendapatan bersih pada periode saat pendapatan bersih negatif. Jika nilai Net B/C Iebih besar dari satu maka proyek atau industri dinyatakan layak. Rumus perhitungan B/C adalah sebagai berikut (Blank dan Tarquin, 2002) :

n

Net B/C = ∑ {Bt/(1+i)t} / {Ct/(t+i)t} ………..(3) t=o

dengan: n = Umur ekonomi

Bt = Penerimaan kotor tahun ke-t Ct = Biaya kotor tahun ke-t

i = Tingkat suku bunga

PBP adalah waktu yang diperlukan untuk mengembalikan sejumlah dana yang telah diinvestasikan (Thuesen dan Fabricky, 1993). Satuan dalam perhitungan PBP yang digunakan adalah dalam tahun atau bulan. Semakin pendek PBP, semakin kecil resiko yang dihadapi investor. Rumus perhitungan PBP (Pay Back Period) adalah sebagai berikut :

Perhitungan BEP merupakan cara yang paling sering digunakan untuk mengetahui tingkat penjualan dan produksi dalam keadaan seimbang (tidak untung maupun rugi). Variabel yang sangat menentukan adalah biaya dan penerimaan total. Kondisi usaha dikatakan baik jika total penjualan tinggi sehingga nilai titik impas atau BEP rendah. BEP dirumuskan sebagai berikut :

BEP = ………….. (5)

1. Analisis Sensitivitas

Analisa kepekaan bertujuan untuk rnengetahui pengaruh berbagai faktor eksternal dan internal terhadap kemampuan proyek mencapai jumlah hasil penjualan dan keuntungan. Faktor eksternal misalnya perkembangan harga produk sejenis di pasar. Contoh faktor internal adalah biaya pokok produk yang akan dihasilkan (Sutojo, 2000). Dengan analisisa di atas akan diketahui sejauh mana proyek akan tetap layak jika terjadi perubahan-perubahan pada faktor-faktor tersebut. Dalam analisa sensitivitas setiap kemungkinan harus dicoba, yang berarti bahwa, tiap kali harus diadakan analisa kembali. Ini perlu sekali karena analisa proyek didasarkan pada proyeksi-proyeksi yang banyak mengandung ketidakpastian tentang apa yang akan terjadi di waktu yang akan datang (Kadariah et aI., 1976). Pada bidang pertanian, proyek sensitif berubah-ubah akibat empat masalah utama. Keempat masalah tersebut adalah adanya perubahan harga, keterlambatan pelaksanaan, kenaikan biaya dan adanya kesalahan dalam perkiraan hasil (Gittinger, 1986).

2. Harga

Pada setiap proyek pertanian, harus diteliti apa yang akan terjadi bila asumsi mengenai harga juaI produk proyek pertanian tersebut ternyata keliru. Untuk maksud itu, dibuat asumsi alternatif lain mengenai harga jual pada masa yang akan datang dan dikaji pengaruhnya terhadap manfaat sekarang neto yang akan diterima oleh proyek. Pengaruh perubahan harga jual dipertimbangakan terhadap tingkat pengembalian secara nilai finansial atau ekonomi, atau terhadap nisbah perbandingan manfaat dan investasi neto (net benefit-investment ratio, yangseringkali disingkat menjadi N/K nisbah).

biaya tetap per tahun

Analisis sensitivitas terhadap perubahan harga output yang dihasilkan oleh proyek tersebut perlu, terutama bagi proyek-proyek dengan umur ekonomis yang panjang dan dalam ukuran besar. Hal tersebut disebabkan kemungkinan besar dengan adanya proyek, penawaran barang di pasar akan bertambah, dan harga relatif (dibanding dengan tingkat harga umum) akan menjadi lebih rendah (Kadariyah et al., 1976).

H. Analisis Nilai Tambah

Nilai tambah merupakan salah satu kriteria dalam perancangan atau pengembangan suatu produk. Menurut Gittinger (1985), nilai tambah (added value) adalah jumlah nilai ekonomi yang ditimbulkan oleh kegiatan yang diselenggarakan di dalam masing-masing satuan produksi dalam perekonomian, sedangkan menurut Gumbira-Sa’id dan lntan (2000), nilai tambah adalah nilai yang tercipta dari kegiatan mengubah input pertanian menjadi produk pertanian atau yang tercipta dari kegiatan mengolah hasil pertanian menjadi produk akhir.

Keunggulan kompetitif produk agroindustri dapat diciptakan dengan menerapkan konsep peningkatan nilai tambah pada produk yang dihasilkan. Peluang peningkatan nilai tambah sumberdaya alam dengan melakukan diversifikasi produk dari alam sangat besar. Semakin rumit teknologi yang digunakan untuk melakukan diversifikasi produk dan bahan baku hasil panenan, maka semakin tinggi pula nilai tambah produk diversifikasi tersebut serta mempunyai harga yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan harga komoditi awalnya (Gumbira-Sa’id, 2001). Penghitungan nilai tambah salah satu diantaranya dapat dilakukan dengan menggunakan metode Hayami dan Kawagoe (1993).

Pengukuran nilai tambah dengan menggunakan metode Hayami dan Kawagoe (1993) dilakukan dengan menghitung nilai tambah produk yang diakibatkan oleh pengolahan dan tidak memasukkan penggunaan tenaga kerja dan faktor produksi yang lain. Jika faktor tenaga kerja dimasukkan maka nilai yang didapatkan adalah keuntungan perusahaan dan bukan nilai tambah dari suatu proses. Perhitungan nilai tambah dalam penelitian ini menggunakan metode Hayami dan Kawagoe (Tabel 6), karena dengan nilai tambah yang

diperoleh lebih mewakili besarnya nilai tambah yang diterima dari kegiatan pengolahan.

Tabel 6 Model perhitungan nilai tambah dari Hayami dan Kawagoe (1993)

No Variabel Perhitungan

I. Output, input dan harga

1 Output (kg/th) a

2 Bahan baku (kg/th) b

3 Tenaga kerja (HOK/th) c

4 Faktor konversi (1:2) d = a/b

5 Koefisien tenaga kerja (HOK/kg) e = c/b

6 Harga output (Rp/kg) f

7 Upah rata-rata tenaga kerja (Rp/HOK) g

II. Pendapatan dan Keuntungan

8 Harga bahan baku (Rp/kg) h

9 Sumbangan input lain (Rp/kg) i 10 Nilai output (Rp/kg) j = dxf 11 a. NiIai tambah (Rp/kg) k = j-i-h

b. Nisbah nilai tambah (%) I(%) = k/j x 100% 12 a. Imbalan tenaga kerja (Rp/kg) m = exg

b. Bagian tenaga kerja (%) n(%) = m/k x 100%

13 a. Keuntungan (Rp/kg) o = k-m

b. Tingkat keuntungan (%) p(%) = o/j x 100%

Ill. Balas Jasa Pemilik Faktor Produksi

14 Marjin Keuntungan (Rp/kg) q = j-h

a. Pendapatan tenaga kerja (%) r(%) = m/q x 100% b. Sumbangan input lain (%) s(%) = i/q x 100% c. Keuntungan perusahaan (%) t(%) = o/q x 100%

III METODOLOGI

A Kerangka Pemikiran

Perancangan proses dalam penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan rancangan proses produksi vanilin dari eugenol minyak daun cengkeh dan sebagai upaya peningkatan nilai tambah agroindustri minyak daun cengkeh.

Kajian yang berkenaan dengan estimasi kelayakan Analisis finansial proses produksi isoeugenol dan vanilin yang berbahan baku eugenol dari minyak cengkeh belum banyak dipublikasi. Sebelum dilakukan kajian analisis finansial, maka diperlukan simulasi perancangan proses industri yang banyak melibatkan unit operasi seperti halnya sebuah pabrik.

Menurut Seider et al. 1999, tahapan dalan perancangan proses meliputi: 1) analisis peluang dan permasalahan, 2) kreasi atau sintesis proses dan 3) pengembangan proses. Analisis peluang dan permasalahan dilakukan dengan cara menganalisis peluang produksi vanillin dari minyak daun cengkeh di Indonesia dilanjutkan dengan perumusan permasalahannya. Kreasi proses dilakukan melalui pengumpulan data beberapa proses pembuatan vanillin yang telah ada melalui pustaka, sehingga didapatkan rangkaian proses yang secara teknis paling sesuai. Pengembangan dilakukan melalui integrasi proses, simulasi model, optimasi kapasitas dan analisis teknis dan finansial terhadap rancangan yang dikembangkan. Optimasi kondisi proses dilakukan untuk mendapatkan kondisi operasi terbaik sehingga dihasilkan konversi optimum. Analisis produk dilakukan untuk mengetahui sifat fisiko-kimianya serta spesifikasi dari senyawanya. Integrasi proses bertujuan dilakukan untuk mengintegrasikan seluruh tahapan proses produksi isoeugenol dan vanillin dari eugenol minyak daun cengkeh sehingga dihasilkan flowsheet yang utuh.

Simulasi proses produksi vanillin dari eugenol yang berasal dari minyak daun cengkeh dilakukan dengan membuat flowsheet yang utuh menggunakan perangkat lunak Hysis, sehingga diperoleh gambaran lengkap proses produksi vanillin dalam bentuk Process Engineering Flow Diagram

(PEFD). Model simulasi produksi isoeugenol dan vanillin dengan menggunakan perangkat lunak seperti tersebut diatas belum pernah dilakukan.

Langkah pertama dalam mengembangkan simulasi perancangan proses adalah menyusun bagan alir proses, menghitung neraca massa, menghitung neraca energi, dan menentukan ukuran dan biaya peralatan proses. Langkah selanjutnya adalah melakukan analisis finansial untuk menilai kelayakan rancangan proses secara ekonomi dengan memperkirakan besarnya biaya produksi yang terdiri dari biaya peralatan, biaya pabrik secara keseluruhan, biaya variabel dan biaya lainnya.

Dengan demikian studi tentang perancangan proses ini bertujuan untuk: (1) merancang proses produksi vanilin dari eugenol minyak daun cengkeh secara kontinu dan menilai kinerjanya dari sudut pandang pabrik secara keseluruhan dan (2) melakukan kajian finansial untuk mengevaluasi kelayakan secara ekonomi ditinjau dari aspek biaya bahan baku, biaya peralatan, biaya pabrik secara umum serta biaya variabel lainnya.

Kerangka pemikiran produksi isoeugenol dan vanillin dari eugenol minyak daun cengkeh adalah sebagai berikut. Kegiatan dimulai dari 1) analisis peluang dan masalah, 2) pemilihan proses dari produksi vanilin (isomerisasi eugenol dan oksidasi isoeugenol), 3) identifikasi isoeugenol dan vanillin dengan menggunakan, FTIR dan HNMR, 4) pengembangan proses meliputi integrasi proses, simulasi model dan 5) analisis finansial rancangan proses. Dari kegiatan tersebut diatas akan diperoleh 1) informasi peluang pengembangan produk dan rumusan masalah, 2) informasi proses yang efisien, 3) karakteristik produk, 4) diagram alir, hasil perhitungan neraca massa, simulasi model proses dalam bentuk PEFD dan kapasitas produk, dan 5) kelayakan proses secara finansial. Sehingga secara keseluruhan akan membentuk hasil yang berupa rancangan proses produksi isoeugenol dan vanilin secara utuh.

B Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian yaitu sampel isoeugenol dan vanilin yang digunakan untuk identifikasi diperoleh dari BB-Pascapanen tahun 2006. Isoeugenol (kemurnian 99%) dari PT. Indesso Jakarta dan vanilin

Lampiran 47 Perhitungan NPV, IRR, B/C Ratio dan PBP industri vanilin pada harga bahan baku Rp. 190.000,-/kg

Tahun

Bt+Ct

Akumulasi

0.12

0.5

0.6

(Rp.)

(Rp.)

DF

PV (Rp.)

DF

PV (Rp.)

DF

PV (Rp.)

0 (172,892,645,559) (172,892,645,559) 1 (172,892,645,559) 1 (172,892,645,559) 1 (172,892,645,559)

1 41,692,183,672 (131,200,461,887) 0.8929 (117,148,892,419) 0.666667 (87,467,018,325) 0.625000 (73,218,057,762)

2 69,068,598,490 (62,131,863,398) 0.7972 (49,531,521,501) 0.444444 (27,614,133,896) 0.390625 (19,348,250,586)

3 96,544,670,859 34,412,807,461 0.7118 24,495,036,351 0.296296 10,196,377,200 0.244141 5,980,233,484

4 75,099,191,425 109,511,998,887 0.6355 69,594,875,292 0.197531 21,632,014,652 0.152588 10,619,335,219

5 50,837,595,253 160,349,594,139 0.5674 90,982,359,715 0.131687 21,115,957,003 0.095367 8,676,753,971

6 47,626,957,296 207,976,551,435 0.5066 105,367,393,432 0.087791 18,258,572,417 0.059605 6,280,386,056

7 14,645,676,004 222,622,227,439 0.4523 100,702,989,899 0.058528 13,029,558,808 0.037253 3,751,478,713

8 (22,291,917,907) 200,330,309,532 0.4039 80,910,052,076 0.039018 7,816,576,626 0.023283 1,883,833,950

9 (63,660,545,507) 136,669,764,025 0.3606 49,284,487,019 0.026012 3,555,094,202 0.014552 717,183,677

10 (109,991,895,819) 26,677,868,206 0.3220 8,589,559,572 0.017342 462,635,050 0.009095 78,121,589

190,353,693,877

(191,907,011,823)

(227,471,627,247)

Present Value

Kriteria Nilai Satuan

NPV 484,957,611,986 Rupiah

IRR 42.25 Persen

B/C rasio 2.60 _ BEP 4,835 Jumlah produk

PBP 1.41 Tahun

1

3

Lampiran 48 Proyeksi laporan laba-rugi industri vanilin pada harga bahan baku Rp. 200.000,-/kg

1 2 3 4 5

6

7

8

9

10

A.

Penerimaan

1. Penjualan Produk 276,670,080,000 368,893,440,000 461,116,800,000 461,116,800,000 461,116,800,000 461,116,800,000 461,116,800,000 461,116,800,000 461,116,800,000 461,116,800,000 Total Pendapatan 276,670,080,000 368,893,440,000 461,116,800,000 461,116,800,000 461,116,800,000 461,116,800,000 461,116,800,000 461,116,800,000 461,116,800,000 461,116,800,000

B.

Pengeluaran

1. Biaya Tetap 1,218,028,775 910,060,838 938,296,399 967,792,679 998,609,698 1,030,810,418 1,064,460,889 1,099,630,397 1,136,391,633 1,174,820,853 2. Biaya Variabel 167,544,566,784 223,392,755,712 279,240,944,640 312,752,443,997 350,285,646,526 392,323,197,016 439,405,662,677 492,138,484,471 551,199,762,663 617,348,976,745 Total Pengeluaran 168,762,595,559 224,302,816,550 280,179,241,039 313,720,236,676 351,284,256,224 393,354,007,434 440,470,123,566 493,238,114,868 552,336,154,296 618,523,797,598

Laba Operasi 107,907,484,441 144,590,623,450 180,937,558,961 147,396,563,324 109,832,543,776 67,762,792,566 20,646,676,434 (32,121,314,868) (91,219,354,296) (157,406,997,598)

C.

Pembayaran Bunga

1. Bunga Pinjaman 14,522,982,227 11,618,385,782 8,713,789,336 5,809,192,891 2,904,596,445 Total Pembayaran Bunga 14,522,982,227 11,618,385,782 8,713,789,336 5,809,192,891 2,904,596,445

Laba Sebelum Pajak 93,384,502,214 132,972,237,669 172,223,769,625 141,587,370,433 106,927,947,330 67,762,792,566 20,646,676,434 (32,121,314,868) (91,219,354,296) (157,406,997,598) Pajak Penghasilan 28,015,350,664 39,891,671,301 51,667,130,887 42,476,211,130 32,078,384,199 20,328,837,770 6,194,002,930 (9,636,394,460) (27,365,806,289) (47,222,099,280)

Laba Bersih 65,369,151,550 93,080,566,368 120,556,638,737 99,111,159,303 74,849,563,131 47,433,954,796 14,452,673,504 (22,484,920,407) (63,853,548,007) (110,184,898,319)

Lampiran 49 Proyeksi arus kas industri vanilin pada harga bahan baku Rp. 200.000,-/kg

TAHUN KE - (Rupiah)

0 1 2 3 4 5

6

7

8

9

10

Arus Kas

1. Laba Bersih 0 65,369,151,550 93,080,566,368 120,556,638,737 99,111,159,303 74,849,563,131 47,433,954,796 14,452,673,504 (22,484,920,407) (63,853,548,007) (110,184,898,319) 2. Penyusutan 0 528,002,500 193,002,500 193,002,500 193,002,500 193,002,500 193,002,500 193,002,500 193,002,500 193,002,500 193,002,500

3. Nilai Sisa 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

4. Pengembalian Modal Kerja 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

5. Modal Sendiri 51,867,793,668 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

6. Modal Pinjaman 121,024,851,891 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Total Kas Masuk 172,892,645,559 65,897,154,050 93,273,568,868 120,749,641,237 99,304,161,803 75,042,565,631 47,626,957,296 14,645,676,004 (22,291,917,907) (63,660,545,507) (109,991,895,819)

Kas Keluar

1. Biaya Modal Tetap 4,130,050,000

2. Biaya Modal Kerja 168,762,595,559 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

3. Angsuran Pinjaman 0 24,204,970,378 24,204,970,378 24,204,970,378 24,204,970,378 24,204,970,378 Total Kas Keluar 172,892,645,559 24,204,970,378 24,204,970,378 24,204,970,378 24,204,970,378 24,204,970,378

Aliran Kas Bersih 0 41,692,183,672 69,068,598,490 96,544,670,859 75,099,191,425 50,837,595,253 47,626,957,296 14,645,676,004 (22,291,917,907) (63,660,545,507) (109,991,895,819)

Arus Kas Awal Tahun 0 41,692,183,672 69,068,598,490 96,544,670,859 75,099,191,425 50,837,595,253 47,626,957,296 14,645,676,004 (22,291,917,907) (63,660,545,507) (109,991,895,819) Arus Kas Akhir Tahun 0 41,692,183,672 110,760,782,161 207,305,453,020 282,404,644,446 333,242,239,698 380,869,196,994 395,514,872,998 373,222,955,091 309,562,409,584 199,570,513,765

Uraian

1

3

Lampiran 50 Perhitungan NPV, IRR, B/C Ratio dan PBP industri vanilin pada harga bahan baku Rp. 200.000,-/kg

Kriteria Nilai Satuan

NPV 190,353,693,877 Rupiah

IRR 30.92 Persen

B/C rasio 1.56 _ BEP 4,634 Jumlah produk

PBP 1.63 Tahun

Tahun

Bt+Ct

Akumulasi

0.12

0.5

0.6

(Rp.)

(Rp.)

DF

PV (Rp.)

DF

PV (Rp.)

DF

PV (Rp.)

0 (172,892,645,559) 172,892,645,559) 1 (172,892,645,559) 1 (172,892,645,559) 1 (172,892,645,559) 1 41,692,183,672 131,200,461,887) 0.8929 (117,148,892,419) 0.666667 (87,467,018,325) 0.625000 (73,218,057,762) 2 69,068,598,490 (62,131,863,398) 0.7972 (49,531,521,501) 0.444444 (27,614,133,896) 0.390625 (19,348,250,586) 3 96,544,670,859 34,412,807,461 0.7118 24,495,036,351 0.296296 10,196,377,200 0.244141 5,980,233,484 4 75,099,191,425 109,511,998,887 0.6355 69,594,875,292 0.197531 21,632,014,652 0.152588 10,619,335,219 5 50,837,595,253 160,349,594,139 0.5674 90,982,359,715 0.131687 21,115,957,003 0.095367 8,676,753,971 6 47,626,957,296 207,976,551,435 0.5066 105,367,393,432 0.087791 18,258,572,417 0.059605 6,280,386,056 7 14,645,676,004 222,622,227,439 0.4523 100,702,989,899 0.058528 13,029,558,808 0.037253 3,751,478,713 8 (22,291,917,907) 200,330,309,532 0.4039 80,910,052,076 0.039018 7,816,576,626 0.023283 1,883,833,950 9 (63,660,545,507) 136,669,764,025 0.3606 49,284,487,019 0.026012 3,555,094,202 0.014552 717,183,677 10 (109,991,895,819) 26,677,868,206 0.3220 8,589,559,572 0.017342 462,635,050 0.009095 78,121,589

Lampiran 51 Jenis dan jumlah input lain di luar bahan baku dan tenaga kerja pada

industri vanillin

No Jenis biaya Biaya/tahun

(Rupiah)

A Biaya Tetap

1. Administrasi dan Pemasaran 48.000.000

2. Penyusutan 528.002.500

3. Pemeliharaan 246.128.750

4. Asuransi 1.897.525

5. Riset dan Pengembangan (R&D)

25.000.000

Sub Total 849.028.775

B Biaya Variabel

1. Bahan Pembantu 45.539.264.640

2. Kemasan 384.480.000

3. Bahan Bakar 366.000.000

Sub Total 46.289.744.640

Lampiran 52 Perhitungan nilai tambah industri vanilin pada harga bahan baku

eugenol Rp 180.000,-; Rp 190.000,- dan Rp 200.000,- per kg

No Variabel Perhitungan Nilai

I Output, input dan harga :

1. Output (kg/th) a 853.920 853.920 853.920

2. Bahan baku (kg/th) b 1.164.000 1.164.000 1.164.000

3. Tenaga kerja (HOK/th) c 8.400 8.400 8.400

4. Faktor konversi d = a/b 0,73 0,73 0,73

5. Koefisien tenaga kerja (HOK/kg) e = c/b 0,01 0,01 0,01

6. Harga output (Rp/kg) f 540.000 540.000 540.000

7. Upah rata-rata tenaga kerja (Rp/HOK) g 61.929 61.929 61.929

II Pendapatan dan keuntungan

8. Harga bahan baku (Rp/kg) h 180.000 190.000 200.000

9. Sumbangan input lain (Rp/kg) i 40.497 40.497 40.497

10. Nilai output (Rp/kg) j = dxf 396.148 396.148 396.148

11 a. Nilai tambah (Rp/kg) k = j-i-h 175.651 165.651 155.651

b. Rasio nilai tambah (%) l(%) = k/j x 100% 44,34 41,82 39,29

12 a. Imbalan tenaga kerja (Rp/kg) m = exg 2.190 2.190 2.190

b. Bagian tenaga kerja (%) n(%) = m/k x 100% 1,25 1,32 1,41

13 a. Keuntungan (Rp/kg) o = k-m 173.461 163.461 153.461

b. Tingkat keuntungan (%) p(%) = o/j x 100% 43,79 41,26 38,74

III Balas Jasa Pemilik Faktor Produksi

Marjin Keuntungan (Rp/kg) q = j-h 216.148 206.148 196.148

a. Pendapatan tenaga kerja (%) r(%) = m/q x 100% 1,01 1,06 1,12

b. Sumbangan input lain (%) s(%) = i/q x 100% 18,74 19,64 20,65

c. Keuntungan perusahaan (%) t(%) = o/q x 100% 80,25 79,29 78,24