Pengaruh Saponifikasi pada Pemurnian Mono-Diasilgliserol Hasil Reaksi Gliserol dan PFAD
PENGARUH SAPONIFIKASI PADA PEMURNIAN MONODIASILGLISEROL HASIL REAKSI GLISEROL DAN PFAD
VERY HERY YESEN SILALAHI
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pengaruh Saponifikasi
pada Pemurnian Mono-Diasilgliserol Hasil Reaksi Gliserol dan PFAD 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 skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Desember 2014
Very Hery Yesen Silalahi
NIM F34100070
ABSTRAK
VERY HERY YESEN SILALAHI. Pengaruh Saponifikasi pada Pemurnian
Mono-Diasilgliserol Hasil Reaksi Gliserol dan PFAD. Dibimbing oleh DWI
SETYANINGSIH.
Mono-diasilgliserol diproduksi dengan melakukan reaksi esterifikasi
antara gliserol dengan PFAD (Palm Fatty Acid Distilates). Reaksi tersebut
menghasilkan campuran MDAG, asam lemak bebas (ALB), dan triasilgliserol
(TAG). Adanya ALB dan TAG yang terkandung dapat mengurangi kinerja
MDAG sebagai pengemulsi, sehingga diperlukan proses pemurnian untuk
mengurangi jumlah ALB dan TAG. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan
produk M-DAG murni dengan rendemen tertinggi dan kualitas terbaik. Pemurnian
diawali dengan proses saponifikasi ALB dan kemudian diekstraksi menggunakan
heksan. Metode tersebut menggunakan NaOH 1 N untuk proses saponifikasi
dengan jumlah yang berbeda (tanpa NaOH, 1 ml, 2 ml, 3 ml, dan 4 ml) dan
setelah itu dilanjutkan karakterisasi produk yang diperoleh. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa proses saponifikasi berpengaruh dalam pemurnian MDAG.
Produk terbaik yang dihasilkan ialah perlakuan dengan 1 ml NaOH 1N, dimana
kondisi tersebut menghasilkan rendemen sebesar 31.54% dengan komposisi MAG
26.80%, DAG 30.46%, dan TAG-ALB 42.74%, kadar asam lemak bebas 8.88%,
titik leleh 53. °C, nilai pH 5, stabilitas emulsi 84%, tekstur kering, tidak berbau,
dan berwarna putih.
Kata kunci: MDAG, asam lemak bebas, sponifikasi
ABSTRACT
VERY HERY YESEN SILALAHI. Saponification Effect in Mono-Diacylglycerol
Purification by Result of Glycerol and PFAD Reaction. Supervised by DWI
SETYANINGSIH.
Mono-diacylglycerol is produced by esterification reaction between
glycerol and PFAD. Esterification reaction produce a mixture of MDAG, free
fatty acid (FFA), and triacylglycerol (TAG). FFA and TAG can decrease
performance of MDAG as emulsifier, so purification is needed to decrease the
number of ALB and TAG. The purpose of this research was to get product of pure
MDAG emulsifier that have the best quality and highest yield. Purification was
doing by saponification process and then extracted by hexane. That method used
saponification with NaOH 1 N at various volume addition (Without NaOH, 1ml, 2
ml, 3 ml, and 4 mL) and continued by product characterization. The result showed
that the saponification reaction affect MDAG purity. So, the best product was
without 1ml NaOH 1N treatment. That condition produced rendemenofs 31.54%
with composition of MAG 26.80%, DAG 30.46%, and TAG-ALB 42.74%, FFA
8.88%, melting point 53oC, pH 5, emulsion stability 84%, dry texture, no odor,
and white color.
Key words : MDAG, free fatty acid, saponification.
PENGARUH SAPONIFIKASI PADA PEMURNIAN MONODIASILGLISEROL HASIL REAKSI GLISEROL DAN PFAD
VERY HERY YESEN SILALAHI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknologi Industri Pertanian
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Skripsi : Pengaruh Saponifikasi pada Pemurnian Mono-Diasilgliserol Hasil
Reaksi Gliserol dan PFAD
Nama
: Very Hery Yesen Silalahi
NIM
: F34100070
Disetujui oleh
Dr Dwi Setyaningsih STP Msi
Pembimbing
Diketahui oleh
Prof Dr Ir Nastiti Siswi Indrasti
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2014 ini ialah
Mono-Diasilgliserol, dengan judul Pengaruh Saponifikasi pada Pemurnian MonoDiasilgliserol Hasil Reaksi Gliserol dan PFAD. Terima kasih penulis ucapkan
kepada:
1. Dr Dwi Setyaningsih STP MSi selaku pembimbing akademik yang telah
memberikan ide dan membimbing penulis selama penelitian dan penyusunan
skripsi.
2. Prof Dr Ir Ani Suryani DEA dan Dr Ir Liesbetini Hartoto MS selaku dosen
penguji yang telah memberikan saran dalam perbaikan skripsi.
3. Seluruh staf dan teknisi Laboratotium Teknologi Industri Pertanian IPB yang
telah banyak membantu selama kuliah dan penelitian.
4. Keluarga yang selalu memberikan kasih sayang, motivasi, dan doa kepada
penulis sehingga dapat menyelesaikan pendidikan di IPB.
5. Ibu Endah yang membantu dalam melakukan analisis GC-MS di Pusat
Laboratorium Forensik Mabes Polri, Jakarta.
6. Alzara Zetiara, Ayu Dayinta dan Balya Al Bashir selaku teman sebimbingan
yang selalu saling membantu selama penelitian dan penyusunan skripsi.
7. Seluruh teman-teman TIN IPB angkatan 47 yang selalu memberi motivasi
dan doa selama penelitian.
8. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
Semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat
Bogor, Desember 2014
Very Hery Yesen Silalahi
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
METODE
2
Bahan
2
Alat
2
Prosedur
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
6
Karakterisasi MDAG kasar
6
Pemurnian Mono-Diasilgliserol (MDAG)
7
Rendemen MDAG setelah pemurnian
8
Analisa Kromatografi Lapis Tipis (KLT)
9
Persen Asam Lemak Bebas
10
Penampakan Visual
10
Stabilitas Emulsi
11
Derajat Keasaman dan Titik Leleh
12
Analisa GC-MS
13
SIMPULAN DAN SARAN
14
Simpulan
14
Saran
14
DAFTAR PUSTAKA
14
LAMPIRAN
17
RIWAYAT HIDUP
25
DAFTAR TABEL
1.
2.
3.
4.
Karakterisasi MDAG sebelum pemurnian
Karakteristik visual MDAG
Uji titik leleh dan uji pH
Luas area komposisi MDAG sebelum dan sesudah dimurnikan
6
11
13
13
DAFTAR GAMBAR
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Diagram alir pemurnian MDAG
MDAG sebelum pemurnian
Histogram rendemen MDAG hasil pemurnian.
Hasil uji kromatografi lapis tipis
Histogram Persentase MAG, DAG, dan TAG+ALB.
Histogram Asam Lemak Bebas pada MDAG
Grafik stabilitas emulsi MDAG
3
6
8
9
9
10
12
DAFTAR LAMPIRAN
1.
2.
3.
4.
Rendemen dan Karakteristik MDAG sebelum dan setelah pemurnian
Perhitungan Molar ALB dan NaOH
Hasil Uji ANOVA
Hasil Analisa GC-MS
15
15
15
15
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Mono-Diasilgliserol (MDAG) merupakan gabungan monogliserida dan
digliserida dimana monogliserida (MAG) memiliki satu rantai asil lemak dan
digliserida memiliki dua rantai asil lemak yang diesterifikasikan dengan molekul
gliserol (Igoe dan Hui 1996). Menurut Hasanuddin et al. (2003) MDAG termasuk
salah satu surfaktan non-ionik yang banyak digunakan sebagai pengemulsi pada
produk pangan dan kosmetika karena MDAG memiliki gugus hidroksil yang
bersifat hidrofilik yang dapat berikatan dengan air dan gugus karboksil yang
bersifat lipofilik yang dapat mengikat minyak atau lemak. Kelebihan MDAG
dengan emulsifier lain ialah bersifat multifungsi dan tidak terlalu dipengaruhi oleh
kondisi asam maupun basa (Lukita 2000).
Produksi MDAG dapat dilakukan dengan beberapa metode yaitu esterifikasi
gliserol dengan asam lemak dengan cara kimia dan enzimatis, serta proses
produksi dengan cara hidrolisis minyak. Proses produksi esterifikasi cara kimia
menggunakan katalis kimia (asam kuat) yang direaksikan pada suhu tinggi
(Berger dan Schneider 1992), sedangkan esterifikasi cara enzimatis menggunakan
enzim sebagai katalisnya. Reaksi esterifikasi menggambarkan pertukaran gugus
hidroksil pada gliserol dengan gugus asil pada asam lemak bebas. Reaksi
esterifikasi merupakan reaksi yang bersifat acak dimana akan terjadi pengikatan
gugus asil dengan jumlah yang berbeda, sehingga produksi MDAG secara
esterifikasi akan menghasilkan campuran monoasilgliserol (MAG), diasilgliserol
(DAG), serta residu seperti triasilgliserol (TAG) dan sisa asam lemak bebas
(ALB) yang tidak mengalami reaksi esterifikasi. Fraksi asam lemak bebas (ALB)
dan trigliserida (TAG) yang terkandung pada produk MDAG mempengaruhi
kualitas MDAG tersebut. Semakin tinggi jumlah ALB dan TAG yang terkandung
maka semakin menurun daya emulsifikasi MDAG tersebut. Tingginya TAG dan
ALB akan mempengaruhi karakteristik visual MDAG yaitu lebih berminyak dan
lunak. Selain itu juga asam lemak bebas dapat bersifat merusak dan menghasilkan
bau tidak enak, sehingga akan mengurangi tingkat penerimaan konsumen
(Atmadja 2000).
Oleh karena itu, untuk memperoleh MDAG dengan kualitas yang lebih baik
maka diperlukan proses pemurnian MDAG yang memisahkan atau mengurangi
jumlah fraksi ALB dan TAG yang terkandung. Pemisahan fraksi ALB dan TAG
dapat dilakukan dengan ekstraksi (Irimescu et al. 2001), kromatografi kolom
(Mappiratu 1999), serta distilasi molekuler (Compton et al. 2008). Akan tetapi
metode ekstraksi dan kromatografi kolom memiliki kelemahan yaitu boros
penggunaan pelarut dan rendemen yang dihasilkan relatif sedikit, sedangkan
metode distilasi molekuler memerlukan biaya yang relatif mahal.
Metode yang akan digunakan pada penelitian ini ialah metode ekstraksi
yang dimodifikasi dengan memberi perlakuan reaksi saponifikasi menggunakan
NaOH yang bertujuan untuk menyabunkan asam lemak bebas. Pelarut yang
digunakan ialah heksan yang bertujuan untuk memisahkan TAG yang masih
tersisa. Metode tersebut diharapkan dapat meningkatkan rendemen dan
mengurangi jumlah pelarut yang digunakan sehingga biaya relatif murah.
2
Perumusan Masalah
Perumusan masalah penelitian ini meliputi:
1. Pemurnian MDAG dilakukan dengan menghilangkan ALB dan TAG
2. ALB dihilangkan dengan cara penyabunan menggunakan NaOH
3. TAG dihilangkan dengan menggunakan pelarut organik heksan
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini ialah mengetahui pengaruh reaksi saponifikasi
terhadap pemurnian mono-diasilgliserol (MDAG) dari hasil proses esterifikasi
asam lemak bebas dengan gliserol, serta mengetahui pengaruh pemurnian
terhadap karakteristik produk yang dihasilkan.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai pengaruh
reaksi sponifikasi dalam proses pemurnian MDAG untuk menyabunkan ALB, dan
heksan untuk melarutkan TAG.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup dalam penelitian ini meliputi karakterisasi bahan baku,
pemurnian mono-diasilgliserol (MDAG) skala laboratorium dengan metode
saponifikasi, dan karakterisasi produk yang dihasilkan.
METODE
Bahan
Bahan baku yang digunakan pada penelitian ini ialah mono-diasilgliserol
(MDAG) kasar hasil proses esterifikasi gliserol dengan PFAD yang diperoleh dari
penelitian sebelumnya (Kurniati 2014, dan Andriani 2014), serta MDAG dari
SEAFAST (Southeast Asia Food and Agriculture Science and Technology)
sebagai standar. Bahan kimia yang digunakan ialah heksan, petroleum eter, dietil
eter, asam asetat glasial, asam sulfat, aquades, NaOH, etanol 96%, minyak goreng,
PFAD, dan indikator PP (Phenolphtalein).
Alat
Peralatan yang digunakan pada proses penurnian ialah peralatan gelas,
neraca analitik, kertas saring Whatman 41, corong, sudip, refrigerator, magnetic
stirer, dan penangas air. Sedangkan peralatan yang digunakan untuk karakterisasi
3
bahan baku dan produk ialah plat KLT, chamber, buret, kertas pH, peralatan
gelas, sudip, lemari asam, termometer, penangas air, pipet, alat semprot, dan pipa
kepiler
Prosedur
Pemurnian Mono-Diasilgliserol (MDAG)
MDAG Kasar 10 g
NaOH 1 N
(0 ml; 1 ml, 2 ml, 3 ml, dan 4 ml)
NaCl Jenuh
5 ml
Heksan
50 ml
Saponifikasi
(5 menit, suhu ruang)
Penyaringan
(kertas saring)
Kristalisasi 1
(Refrigerator, 4 jam)
Penyaringan
(kertas saring)
Heksan
50 ml
Air sabun dan
Gliserol
TAG
Fraksinasi 2
(Refrigerator, 4 jam)
Penyaringan
(kertas saring)
TAG
MDAG Murni
Gambar 1 Diagram alir pemurnian MDAG
Proses pemurnian MDAG dilakukan dengan metode ekstraksi yang
dimodifikasi. Proses dikondisikan pada suhu ruangan yang didahului dengan
menambahkan 25 ml aquades pada 10 g sampel. Selanjutnya sampel tersebut
ditambahkan NaOH 1 N dengan jumlah yang berbeda (tanpa NaOH, 1 ml, 2 ml,
dan 4 ml) yang bertujuan untuk menyabunkan ALB dan perlakuan tersebut
dilakukan pengadukan dengan magnetic stirer. Sampel yang sudah disabunkan
ditambah NaCl jenuh sebanyak 5 ml untuk mempermudah proses penyaringan
menggunakan kertas saring Whatman 41. Setelah disaring, sampel diekstraksi
dengan heksan sebanyak 50 ml dan didinginkan pada refrigerator untuk proses
kristalisasi lemak. Sampel disaring kembali dengan kertas Whatman 41 dan
dilakukan ekstraksi tahap dua menggunakan pelarut heksan sebanyak 20 ml dan
4
dilanjutkan proses kristalisasi lemak pada refrigerator. Setelah itu, sampel
disaring kembali dan dikering anginkan untuk memperoleh produk MDAG yang
lebih murni. Setelah itu produk MDAG murni ditimbang dengan kertas saringnya
dan rendemen dihitung menggunakan rumus berikut:
%Rendemen
=
Analisis Komposisi MDAG dengan KLT (Sherma dan Fried 2005)
Sebanyak 100 mg untuk masing-masing produk MDAG Seafast (standar
MDAG), PFAD (standar ALB), minyak goreng (standar TAG), MDAG sebelum
dimurnikan dan MDAG sesudah dimurnikan dilarutkan dalam 1 ml heksan.
Selanjutnya 0.5 ml dari larutan tersebut diaplikasikan pada lempeng KLT dalam
bentuk spot bulat. Setelah spotting selesai dilakukan, lempeng KLT
dikembangkan atau dielusi menggunakan campuran petroleum eter : dietil eter :
asam asetat glasial (90:10:1 v/v/v) yang sebelumnya telah dijenuhkan. Waktu
yang diperlukan untuk mengelusi adalah 1.5 jam. Lempeng kemudian dikeluarkan
dari bejana pengembang dan dibiarkan beberapa menit sampai uap yang masih
tertinggal hilang. Untuk identifikasi, pewarnaan dilakukan dengan asam sulfat
50% yang disemprotkan pada lempeng dan selanjutnya dipanaskan pada oven
bersuhu 120 °C selama 1 jam. Spot-spot yang timbul akan tampak berwarna abuabu tua. Analisa spot masing-masing fraksi dilakukan dengan menggunakan
software ImageJ untuk menghitung luas area masing-masing spot.
Uji Kadar Asam Lemak Bebas (SNI 01-3555-1998)
Sebanyak 2 gram sampel dilarutkan dalam 50 ml etanol netral 95%, lalu
dipanaskan hingga mendidih selama 10 menit dalam penangas air sambil diaduk.
Kemudian ditambahkan 3 – 5 tetes indikator PP 1% dan dititrasi dengan larutan
KOH 0.1 N hingga terbentuk warna merah muda konstan (tidak berubah selama
15 detik). Jumlah KOH yang digunakan untuk titrasi dicatat untuk menghitung
kadar ALB. Berikut adalah rumus untuk perhitungan kadar asam lemak bebas:
Kadar ALB (%) = ((A x N x M) / (G)) X 100%
Keterangan :
A
= volume (ml) KOH untuk titrasi
N
= normalitas larutan KOH
M
= berat molekul sampel asam lemak yang dominan, yaitu
256.4 g/mol (asam palmitat)
G
= bobot sampel (g)
Uji penampakan
MDAG kasar dan MDAG yang telah dimurnikan dianalisa berdasarkan
penampakan yakni warna secara visual, tekstur menggunakan indra peraba, dan
bau menggunakan indra penciuman.
Uji Stabilitas Emulsi (Suryani et al. 2000)
Sebanyak 0.25 gram sampel MDAG dicampur dengan 5 ml air dan 5 ml
minyak pada gelas piala, kemudian campuran tersebut diaduk hingga rata atau
terbentuk emulsi yang sempurna. Produk emulsi yang dihasilkan lalu dimasukan
5
ke dalam tabung reaksi. Pengamatan dilakukan dengan mengukur tinggi emulsi
yang terbentuk pada suhu kamar. Berikut adalah rumus untuk menghitung
stabilitas emulsi:
Stabilitas Emulsi (%) = (A/S) x 100%
Keterangan :
A
= tinggi lapisan teremulsi (cm)
S
= tinggi cairan total (cm);
Pengukuran Nilai pH
Pengukuran nilai pH menggunakan kertas pH universal. Uji ini dilakukan
pada saat melakukan uji stabilitas emulsi, dimana kertas pH dicelupkan pada
sampel yang sudah diemulsikan.
Uji Titik Leleh (AOAC 1995)
Padatan M-DAG dimasukkan ke dalam pipa kapiler setinggi 1 cm. Pipa
kapiler tersebut kemudian dipasang pada termometer dan dimasukan ke dalam
penangas air. Bila contoh mulai naik, termometer dibaca dan suhu dicatat sebagai
suhu titik leleh sampel tersebut.
Analisa GC-MS
Analisa MDAG terpilih dilakukan menggunakan GC-MS (Gas
Chromatography-Mass Spectrometry) Agilent 19091S-433. Analisa dilakukan di
Puslabfor Mabes Polri, Jakarta. Sampel dilarutkan didalam heksan apabila
terdapat sampel yang tidak larut maka dilakukan proses sentrifugasi. Sampel yang
telah dilarutkan tersebut di inject ke alat GCMS dengan parameter yakni; initial
temperature 290 °C, pressure 17.71 psi, run time 35 menit, dan tipe gas
pembawanya Helium. GC-MS akan menghasilkan chromatogram yang akan
diidentifikasi menggunakan software GC-MS Data Analysis.
Rancangan Percobaan
Rancangan percobaan didasarkan pada rancangan acak lengkap (RAL)
dengan satu faktor. Pengujian dilakukan dengan program SPSS 16.0 one-way
analysis of variance (ANOVA) dengan p
Chromatogram GC-MS Sesudah Pemurnian
Library Search Report
Data Path : C:\msdchem\1\data\
Data File : SAMPEL 2.D
Acq On
: 26 Aug 2014 12:43
Operator : BALYA AL BASHIR
Sample
: ASAM LEMAK
Misc
: S1 IPB
ALS Vial : 1
Sample Multiplier: 1
Abundance
TIC: SAMPEL 2.D\data.ms
17.349 19.307
4500000
18.957
4000000
3500000
21.557
3000000
2500000
14.699
2000000
1500000
15.918
1000000
24.930
19.143
21.807
17.438
14.745
16.053
500000
8.00
Time-->
10.00
12.00
14.00
16.00
18.00
20.00
22.00
24.00
26.00
28.00
30.00
32.00
3 4 .0 0
25
RIWAYAT HIDUP
Penulis lahir di Simpang Kawat, Simalungun, Sumatera Utara pada
tanggal 11 Maret 1993. Penulis merupakan anak pertama dari lima bersaudara dari
pasangan Riston Silalahi dan Ramsiolo Aritonang. Penulis menyelesaikan jenjang
pendidikan menengah atas di SMA Negeri 1 Dolok Panribuan, Simalungun pada
tahun 2010. Pada tahun yang sama penulis melanjutkan pendidikan di Departemen
Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian
Bogor melalui jalur masuk USMI (Undangan Seleksi Masuk IPB). Selama
mengikuti kegiatan perkuliahan, penulis menjadi anggota Persekutuan Mahasiswa
Kristen (PMK) IPB dan Himpunan Mahasiswa Teknologi Industri Pertanian
(Himalogin). Penulis memperoleh beasiswa Panduan Preastasi Akademik (PPA)
dari tahun 2011-2014. Pada tahun 2013, penulis melakukan kegiatan praktik
lapang di PTPN IV Unit Usaha Adolina, Sumatera Utara dan menghasilkan
laporan praktik lapang yang berjudul “Pengawasan Mutu pada Proses Pengolahan
Tandan Buah Segar Kelapa Sawit Menjadi CPO (Crude Palm Oil) di PTPN-IV
(Persero) Unitu Usaha Adolina – Sumatera Utara”. Pada tahun 2014, penulis
menjadi asisten praktikum mata kuliah Peralatan Industri. Penulis melakukan
penelitian yang berjudul “Pengaruh Saponifikasi pada Pemurnian MonoDiasilgliserol Hasil Reaksi Gliserol dan PFAD” di bawah bimbingan Dr Dwi
Setyaningsih, STP MSi.
VERY HERY YESEN SILALAHI
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pengaruh Saponifikasi
pada Pemurnian Mono-Diasilgliserol Hasil Reaksi Gliserol dan PFAD 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 skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Desember 2014
Very Hery Yesen Silalahi
NIM F34100070
ABSTRAK
VERY HERY YESEN SILALAHI. Pengaruh Saponifikasi pada Pemurnian
Mono-Diasilgliserol Hasil Reaksi Gliserol dan PFAD. Dibimbing oleh DWI
SETYANINGSIH.
Mono-diasilgliserol diproduksi dengan melakukan reaksi esterifikasi
antara gliserol dengan PFAD (Palm Fatty Acid Distilates). Reaksi tersebut
menghasilkan campuran MDAG, asam lemak bebas (ALB), dan triasilgliserol
(TAG). Adanya ALB dan TAG yang terkandung dapat mengurangi kinerja
MDAG sebagai pengemulsi, sehingga diperlukan proses pemurnian untuk
mengurangi jumlah ALB dan TAG. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan
produk M-DAG murni dengan rendemen tertinggi dan kualitas terbaik. Pemurnian
diawali dengan proses saponifikasi ALB dan kemudian diekstraksi menggunakan
heksan. Metode tersebut menggunakan NaOH 1 N untuk proses saponifikasi
dengan jumlah yang berbeda (tanpa NaOH, 1 ml, 2 ml, 3 ml, dan 4 ml) dan
setelah itu dilanjutkan karakterisasi produk yang diperoleh. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa proses saponifikasi berpengaruh dalam pemurnian MDAG.
Produk terbaik yang dihasilkan ialah perlakuan dengan 1 ml NaOH 1N, dimana
kondisi tersebut menghasilkan rendemen sebesar 31.54% dengan komposisi MAG
26.80%, DAG 30.46%, dan TAG-ALB 42.74%, kadar asam lemak bebas 8.88%,
titik leleh 53. °C, nilai pH 5, stabilitas emulsi 84%, tekstur kering, tidak berbau,
dan berwarna putih.
Kata kunci: MDAG, asam lemak bebas, sponifikasi
ABSTRACT
VERY HERY YESEN SILALAHI. Saponification Effect in Mono-Diacylglycerol
Purification by Result of Glycerol and PFAD Reaction. Supervised by DWI
SETYANINGSIH.
Mono-diacylglycerol is produced by esterification reaction between
glycerol and PFAD. Esterification reaction produce a mixture of MDAG, free
fatty acid (FFA), and triacylglycerol (TAG). FFA and TAG can decrease
performance of MDAG as emulsifier, so purification is needed to decrease the
number of ALB and TAG. The purpose of this research was to get product of pure
MDAG emulsifier that have the best quality and highest yield. Purification was
doing by saponification process and then extracted by hexane. That method used
saponification with NaOH 1 N at various volume addition (Without NaOH, 1ml, 2
ml, 3 ml, and 4 mL) and continued by product characterization. The result showed
that the saponification reaction affect MDAG purity. So, the best product was
without 1ml NaOH 1N treatment. That condition produced rendemenofs 31.54%
with composition of MAG 26.80%, DAG 30.46%, and TAG-ALB 42.74%, FFA
8.88%, melting point 53oC, pH 5, emulsion stability 84%, dry texture, no odor,
and white color.
Key words : MDAG, free fatty acid, saponification.
PENGARUH SAPONIFIKASI PADA PEMURNIAN MONODIASILGLISEROL HASIL REAKSI GLISEROL DAN PFAD
VERY HERY YESEN SILALAHI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknologi Industri Pertanian
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Skripsi : Pengaruh Saponifikasi pada Pemurnian Mono-Diasilgliserol Hasil
Reaksi Gliserol dan PFAD
Nama
: Very Hery Yesen Silalahi
NIM
: F34100070
Disetujui oleh
Dr Dwi Setyaningsih STP Msi
Pembimbing
Diketahui oleh
Prof Dr Ir Nastiti Siswi Indrasti
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2014 ini ialah
Mono-Diasilgliserol, dengan judul Pengaruh Saponifikasi pada Pemurnian MonoDiasilgliserol Hasil Reaksi Gliserol dan PFAD. Terima kasih penulis ucapkan
kepada:
1. Dr Dwi Setyaningsih STP MSi selaku pembimbing akademik yang telah
memberikan ide dan membimbing penulis selama penelitian dan penyusunan
skripsi.
2. Prof Dr Ir Ani Suryani DEA dan Dr Ir Liesbetini Hartoto MS selaku dosen
penguji yang telah memberikan saran dalam perbaikan skripsi.
3. Seluruh staf dan teknisi Laboratotium Teknologi Industri Pertanian IPB yang
telah banyak membantu selama kuliah dan penelitian.
4. Keluarga yang selalu memberikan kasih sayang, motivasi, dan doa kepada
penulis sehingga dapat menyelesaikan pendidikan di IPB.
5. Ibu Endah yang membantu dalam melakukan analisis GC-MS di Pusat
Laboratorium Forensik Mabes Polri, Jakarta.
6. Alzara Zetiara, Ayu Dayinta dan Balya Al Bashir selaku teman sebimbingan
yang selalu saling membantu selama penelitian dan penyusunan skripsi.
7. Seluruh teman-teman TIN IPB angkatan 47 yang selalu memberi motivasi
dan doa selama penelitian.
8. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
Semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat
Bogor, Desember 2014
Very Hery Yesen Silalahi
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
METODE
2
Bahan
2
Alat
2
Prosedur
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
6
Karakterisasi MDAG kasar
6
Pemurnian Mono-Diasilgliserol (MDAG)
7
Rendemen MDAG setelah pemurnian
8
Analisa Kromatografi Lapis Tipis (KLT)
9
Persen Asam Lemak Bebas
10
Penampakan Visual
10
Stabilitas Emulsi
11
Derajat Keasaman dan Titik Leleh
12
Analisa GC-MS
13
SIMPULAN DAN SARAN
14
Simpulan
14
Saran
14
DAFTAR PUSTAKA
14
LAMPIRAN
17
RIWAYAT HIDUP
25
DAFTAR TABEL
1.
2.
3.
4.
Karakterisasi MDAG sebelum pemurnian
Karakteristik visual MDAG
Uji titik leleh dan uji pH
Luas area komposisi MDAG sebelum dan sesudah dimurnikan
6
11
13
13
DAFTAR GAMBAR
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Diagram alir pemurnian MDAG
MDAG sebelum pemurnian
Histogram rendemen MDAG hasil pemurnian.
Hasil uji kromatografi lapis tipis
Histogram Persentase MAG, DAG, dan TAG+ALB.
Histogram Asam Lemak Bebas pada MDAG
Grafik stabilitas emulsi MDAG
3
6
8
9
9
10
12
DAFTAR LAMPIRAN
1.
2.
3.
4.
Rendemen dan Karakteristik MDAG sebelum dan setelah pemurnian
Perhitungan Molar ALB dan NaOH
Hasil Uji ANOVA
Hasil Analisa GC-MS
15
15
15
15
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Mono-Diasilgliserol (MDAG) merupakan gabungan monogliserida dan
digliserida dimana monogliserida (MAG) memiliki satu rantai asil lemak dan
digliserida memiliki dua rantai asil lemak yang diesterifikasikan dengan molekul
gliserol (Igoe dan Hui 1996). Menurut Hasanuddin et al. (2003) MDAG termasuk
salah satu surfaktan non-ionik yang banyak digunakan sebagai pengemulsi pada
produk pangan dan kosmetika karena MDAG memiliki gugus hidroksil yang
bersifat hidrofilik yang dapat berikatan dengan air dan gugus karboksil yang
bersifat lipofilik yang dapat mengikat minyak atau lemak. Kelebihan MDAG
dengan emulsifier lain ialah bersifat multifungsi dan tidak terlalu dipengaruhi oleh
kondisi asam maupun basa (Lukita 2000).
Produksi MDAG dapat dilakukan dengan beberapa metode yaitu esterifikasi
gliserol dengan asam lemak dengan cara kimia dan enzimatis, serta proses
produksi dengan cara hidrolisis minyak. Proses produksi esterifikasi cara kimia
menggunakan katalis kimia (asam kuat) yang direaksikan pada suhu tinggi
(Berger dan Schneider 1992), sedangkan esterifikasi cara enzimatis menggunakan
enzim sebagai katalisnya. Reaksi esterifikasi menggambarkan pertukaran gugus
hidroksil pada gliserol dengan gugus asil pada asam lemak bebas. Reaksi
esterifikasi merupakan reaksi yang bersifat acak dimana akan terjadi pengikatan
gugus asil dengan jumlah yang berbeda, sehingga produksi MDAG secara
esterifikasi akan menghasilkan campuran monoasilgliserol (MAG), diasilgliserol
(DAG), serta residu seperti triasilgliserol (TAG) dan sisa asam lemak bebas
(ALB) yang tidak mengalami reaksi esterifikasi. Fraksi asam lemak bebas (ALB)
dan trigliserida (TAG) yang terkandung pada produk MDAG mempengaruhi
kualitas MDAG tersebut. Semakin tinggi jumlah ALB dan TAG yang terkandung
maka semakin menurun daya emulsifikasi MDAG tersebut. Tingginya TAG dan
ALB akan mempengaruhi karakteristik visual MDAG yaitu lebih berminyak dan
lunak. Selain itu juga asam lemak bebas dapat bersifat merusak dan menghasilkan
bau tidak enak, sehingga akan mengurangi tingkat penerimaan konsumen
(Atmadja 2000).
Oleh karena itu, untuk memperoleh MDAG dengan kualitas yang lebih baik
maka diperlukan proses pemurnian MDAG yang memisahkan atau mengurangi
jumlah fraksi ALB dan TAG yang terkandung. Pemisahan fraksi ALB dan TAG
dapat dilakukan dengan ekstraksi (Irimescu et al. 2001), kromatografi kolom
(Mappiratu 1999), serta distilasi molekuler (Compton et al. 2008). Akan tetapi
metode ekstraksi dan kromatografi kolom memiliki kelemahan yaitu boros
penggunaan pelarut dan rendemen yang dihasilkan relatif sedikit, sedangkan
metode distilasi molekuler memerlukan biaya yang relatif mahal.
Metode yang akan digunakan pada penelitian ini ialah metode ekstraksi
yang dimodifikasi dengan memberi perlakuan reaksi saponifikasi menggunakan
NaOH yang bertujuan untuk menyabunkan asam lemak bebas. Pelarut yang
digunakan ialah heksan yang bertujuan untuk memisahkan TAG yang masih
tersisa. Metode tersebut diharapkan dapat meningkatkan rendemen dan
mengurangi jumlah pelarut yang digunakan sehingga biaya relatif murah.
2
Perumusan Masalah
Perumusan masalah penelitian ini meliputi:
1. Pemurnian MDAG dilakukan dengan menghilangkan ALB dan TAG
2. ALB dihilangkan dengan cara penyabunan menggunakan NaOH
3. TAG dihilangkan dengan menggunakan pelarut organik heksan
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini ialah mengetahui pengaruh reaksi saponifikasi
terhadap pemurnian mono-diasilgliserol (MDAG) dari hasil proses esterifikasi
asam lemak bebas dengan gliserol, serta mengetahui pengaruh pemurnian
terhadap karakteristik produk yang dihasilkan.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai pengaruh
reaksi sponifikasi dalam proses pemurnian MDAG untuk menyabunkan ALB, dan
heksan untuk melarutkan TAG.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup dalam penelitian ini meliputi karakterisasi bahan baku,
pemurnian mono-diasilgliserol (MDAG) skala laboratorium dengan metode
saponifikasi, dan karakterisasi produk yang dihasilkan.
METODE
Bahan
Bahan baku yang digunakan pada penelitian ini ialah mono-diasilgliserol
(MDAG) kasar hasil proses esterifikasi gliserol dengan PFAD yang diperoleh dari
penelitian sebelumnya (Kurniati 2014, dan Andriani 2014), serta MDAG dari
SEAFAST (Southeast Asia Food and Agriculture Science and Technology)
sebagai standar. Bahan kimia yang digunakan ialah heksan, petroleum eter, dietil
eter, asam asetat glasial, asam sulfat, aquades, NaOH, etanol 96%, minyak goreng,
PFAD, dan indikator PP (Phenolphtalein).
Alat
Peralatan yang digunakan pada proses penurnian ialah peralatan gelas,
neraca analitik, kertas saring Whatman 41, corong, sudip, refrigerator, magnetic
stirer, dan penangas air. Sedangkan peralatan yang digunakan untuk karakterisasi
3
bahan baku dan produk ialah plat KLT, chamber, buret, kertas pH, peralatan
gelas, sudip, lemari asam, termometer, penangas air, pipet, alat semprot, dan pipa
kepiler
Prosedur
Pemurnian Mono-Diasilgliserol (MDAG)
MDAG Kasar 10 g
NaOH 1 N
(0 ml; 1 ml, 2 ml, 3 ml, dan 4 ml)
NaCl Jenuh
5 ml
Heksan
50 ml
Saponifikasi
(5 menit, suhu ruang)
Penyaringan
(kertas saring)
Kristalisasi 1
(Refrigerator, 4 jam)
Penyaringan
(kertas saring)
Heksan
50 ml
Air sabun dan
Gliserol
TAG
Fraksinasi 2
(Refrigerator, 4 jam)
Penyaringan
(kertas saring)
TAG
MDAG Murni
Gambar 1 Diagram alir pemurnian MDAG
Proses pemurnian MDAG dilakukan dengan metode ekstraksi yang
dimodifikasi. Proses dikondisikan pada suhu ruangan yang didahului dengan
menambahkan 25 ml aquades pada 10 g sampel. Selanjutnya sampel tersebut
ditambahkan NaOH 1 N dengan jumlah yang berbeda (tanpa NaOH, 1 ml, 2 ml,
dan 4 ml) yang bertujuan untuk menyabunkan ALB dan perlakuan tersebut
dilakukan pengadukan dengan magnetic stirer. Sampel yang sudah disabunkan
ditambah NaCl jenuh sebanyak 5 ml untuk mempermudah proses penyaringan
menggunakan kertas saring Whatman 41. Setelah disaring, sampel diekstraksi
dengan heksan sebanyak 50 ml dan didinginkan pada refrigerator untuk proses
kristalisasi lemak. Sampel disaring kembali dengan kertas Whatman 41 dan
dilakukan ekstraksi tahap dua menggunakan pelarut heksan sebanyak 20 ml dan
4
dilanjutkan proses kristalisasi lemak pada refrigerator. Setelah itu, sampel
disaring kembali dan dikering anginkan untuk memperoleh produk MDAG yang
lebih murni. Setelah itu produk MDAG murni ditimbang dengan kertas saringnya
dan rendemen dihitung menggunakan rumus berikut:
%Rendemen
=
Analisis Komposisi MDAG dengan KLT (Sherma dan Fried 2005)
Sebanyak 100 mg untuk masing-masing produk MDAG Seafast (standar
MDAG), PFAD (standar ALB), minyak goreng (standar TAG), MDAG sebelum
dimurnikan dan MDAG sesudah dimurnikan dilarutkan dalam 1 ml heksan.
Selanjutnya 0.5 ml dari larutan tersebut diaplikasikan pada lempeng KLT dalam
bentuk spot bulat. Setelah spotting selesai dilakukan, lempeng KLT
dikembangkan atau dielusi menggunakan campuran petroleum eter : dietil eter :
asam asetat glasial (90:10:1 v/v/v) yang sebelumnya telah dijenuhkan. Waktu
yang diperlukan untuk mengelusi adalah 1.5 jam. Lempeng kemudian dikeluarkan
dari bejana pengembang dan dibiarkan beberapa menit sampai uap yang masih
tertinggal hilang. Untuk identifikasi, pewarnaan dilakukan dengan asam sulfat
50% yang disemprotkan pada lempeng dan selanjutnya dipanaskan pada oven
bersuhu 120 °C selama 1 jam. Spot-spot yang timbul akan tampak berwarna abuabu tua. Analisa spot masing-masing fraksi dilakukan dengan menggunakan
software ImageJ untuk menghitung luas area masing-masing spot.
Uji Kadar Asam Lemak Bebas (SNI 01-3555-1998)
Sebanyak 2 gram sampel dilarutkan dalam 50 ml etanol netral 95%, lalu
dipanaskan hingga mendidih selama 10 menit dalam penangas air sambil diaduk.
Kemudian ditambahkan 3 – 5 tetes indikator PP 1% dan dititrasi dengan larutan
KOH 0.1 N hingga terbentuk warna merah muda konstan (tidak berubah selama
15 detik). Jumlah KOH yang digunakan untuk titrasi dicatat untuk menghitung
kadar ALB. Berikut adalah rumus untuk perhitungan kadar asam lemak bebas:
Kadar ALB (%) = ((A x N x M) / (G)) X 100%
Keterangan :
A
= volume (ml) KOH untuk titrasi
N
= normalitas larutan KOH
M
= berat molekul sampel asam lemak yang dominan, yaitu
256.4 g/mol (asam palmitat)
G
= bobot sampel (g)
Uji penampakan
MDAG kasar dan MDAG yang telah dimurnikan dianalisa berdasarkan
penampakan yakni warna secara visual, tekstur menggunakan indra peraba, dan
bau menggunakan indra penciuman.
Uji Stabilitas Emulsi (Suryani et al. 2000)
Sebanyak 0.25 gram sampel MDAG dicampur dengan 5 ml air dan 5 ml
minyak pada gelas piala, kemudian campuran tersebut diaduk hingga rata atau
terbentuk emulsi yang sempurna. Produk emulsi yang dihasilkan lalu dimasukan
5
ke dalam tabung reaksi. Pengamatan dilakukan dengan mengukur tinggi emulsi
yang terbentuk pada suhu kamar. Berikut adalah rumus untuk menghitung
stabilitas emulsi:
Stabilitas Emulsi (%) = (A/S) x 100%
Keterangan :
A
= tinggi lapisan teremulsi (cm)
S
= tinggi cairan total (cm);
Pengukuran Nilai pH
Pengukuran nilai pH menggunakan kertas pH universal. Uji ini dilakukan
pada saat melakukan uji stabilitas emulsi, dimana kertas pH dicelupkan pada
sampel yang sudah diemulsikan.
Uji Titik Leleh (AOAC 1995)
Padatan M-DAG dimasukkan ke dalam pipa kapiler setinggi 1 cm. Pipa
kapiler tersebut kemudian dipasang pada termometer dan dimasukan ke dalam
penangas air. Bila contoh mulai naik, termometer dibaca dan suhu dicatat sebagai
suhu titik leleh sampel tersebut.
Analisa GC-MS
Analisa MDAG terpilih dilakukan menggunakan GC-MS (Gas
Chromatography-Mass Spectrometry) Agilent 19091S-433. Analisa dilakukan di
Puslabfor Mabes Polri, Jakarta. Sampel dilarutkan didalam heksan apabila
terdapat sampel yang tidak larut maka dilakukan proses sentrifugasi. Sampel yang
telah dilarutkan tersebut di inject ke alat GCMS dengan parameter yakni; initial
temperature 290 °C, pressure 17.71 psi, run time 35 menit, dan tipe gas
pembawanya Helium. GC-MS akan menghasilkan chromatogram yang akan
diidentifikasi menggunakan software GC-MS Data Analysis.
Rancangan Percobaan
Rancangan percobaan didasarkan pada rancangan acak lengkap (RAL)
dengan satu faktor. Pengujian dilakukan dengan program SPSS 16.0 one-way
analysis of variance (ANOVA) dengan p
Chromatogram GC-MS Sesudah Pemurnian
Library Search Report
Data Path : C:\msdchem\1\data\
Data File : SAMPEL 2.D
Acq On
: 26 Aug 2014 12:43
Operator : BALYA AL BASHIR
Sample
: ASAM LEMAK
Misc
: S1 IPB
ALS Vial : 1
Sample Multiplier: 1
Abundance
TIC: SAMPEL 2.D\data.ms
17.349 19.307
4500000
18.957
4000000
3500000
21.557
3000000
2500000
14.699
2000000
1500000
15.918
1000000
24.930
19.143
21.807
17.438
14.745
16.053
500000
8.00
Time-->
10.00
12.00
14.00
16.00
18.00
20.00
22.00
24.00
26.00
28.00
30.00
32.00
3 4 .0 0
25
RIWAYAT HIDUP
Penulis lahir di Simpang Kawat, Simalungun, Sumatera Utara pada
tanggal 11 Maret 1993. Penulis merupakan anak pertama dari lima bersaudara dari
pasangan Riston Silalahi dan Ramsiolo Aritonang. Penulis menyelesaikan jenjang
pendidikan menengah atas di SMA Negeri 1 Dolok Panribuan, Simalungun pada
tahun 2010. Pada tahun yang sama penulis melanjutkan pendidikan di Departemen
Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian
Bogor melalui jalur masuk USMI (Undangan Seleksi Masuk IPB). Selama
mengikuti kegiatan perkuliahan, penulis menjadi anggota Persekutuan Mahasiswa
Kristen (PMK) IPB dan Himpunan Mahasiswa Teknologi Industri Pertanian
(Himalogin). Penulis memperoleh beasiswa Panduan Preastasi Akademik (PPA)
dari tahun 2011-2014. Pada tahun 2013, penulis melakukan kegiatan praktik
lapang di PTPN IV Unit Usaha Adolina, Sumatera Utara dan menghasilkan
laporan praktik lapang yang berjudul “Pengawasan Mutu pada Proses Pengolahan
Tandan Buah Segar Kelapa Sawit Menjadi CPO (Crude Palm Oil) di PTPN-IV
(Persero) Unitu Usaha Adolina – Sumatera Utara”. Pada tahun 2014, penulis
menjadi asisten praktikum mata kuliah Peralatan Industri. Penulis melakukan
penelitian yang berjudul “Pengaruh Saponifikasi pada Pemurnian MonoDiasilgliserol Hasil Reaksi Gliserol dan PFAD” di bawah bimbingan Dr Dwi
Setyaningsih, STP MSi.