METODE PENELITIAN 1.
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah CPO yang berasal dari PT Perkebunan Nusantara VIII Malimping Serang Banten, standard alfa-
tokoferol Sigma-Aldrich T3251-56, Synthetic, 95 HPLC, hexan HPLC grade, isopropanol HPLC grade, metanol, NaOH, asam sulfat, KOH, PP dan bahan kimia
lainnya. Peralatan yang dibutuhkan adalah destilasi molekuler produksi Pope Science
berjenis Turnkey, 6”, Two-Stage Molecular Still Pilot Plant, dengan spesifikasi luas body 0,22m
2
stainless steel, feed rate antara 2 sampai 50 literjam, tekanan vakum mulai 300 torr sampai 5x10
-3
torr, dengan suhu destilasi dapat dioperasikan mulai dari 0-400
o
C, reaktor esterifikasi dan transesterifikasi, High Performance Liquid Chromatrography
HPLC kolom Zorbax SIL 0,46 x 25 cm dengan fase bergerak isopropanol : hexane 0,5 : 99,5 vv untuk absorbansi
α tokoferol Tay et al. 2002, timer, timbangan, hot plate, termometer, stiring bor, sudip, magnetic stirer-hot plate, labu pemisah, erlenmeyer, serta peralatan analisis
seperti buret, peralatan gelas dan pendukung lainnya.
2. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Surfactant and Bioenergy Research Centre
SBRC Institut Pertanian Bogor, Laboratorium Pengawasan Mutu Departemen Teknologi Industri Pertanian – Institut Pertanian Bogor, dan
Laboratorium Atsiri - Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia LIPI di PUSPIPTEK Serpong, mulai bulan Pebruari sampai dengan bulan Oktober 2008.
3. Metode
Penelitian ini dibagi menjadi dua tahap, tahap pertama adalah pembuatan biodiesel dari CPO, tahap kedua adalah separasi Vitamin E dari biodiesel CPO
dan menguji bilangan iod, angka asam, FFA sebelum dan sesudah proses destilasi.
a. Pembuatan Biodiesel CPO
CPO yang digunakan berasal dari PTPN VIII Bandung. CPO selanjutnya dianalisis kadar asam lemak bebasnya FFA. Kadar asam lemak bebas akan
menentukan besarnya metanol dan asam sulfat untuk reaksi esterifikasi.
Gambar 8. Diagram alir pembuatan biodiesel CPO. Pada proses pembuatan biodiesel, CPO sebanyak 1000 ml dipanaskan
sampai suhu 55
o
C, ditambah metanol 225 dari jumlah FFA dan katalis asam sulfat 5 FFA. Selanjutnya dilakukan pengadukan 350 rpm untuk
menyeragamkan suhu dan suspensi sampai terbentuk ester. Suhu campuran
CPO FFA
Pemanasan 55
o
C Metanol
225 FFA
Asam sulfat 5 FFA
Reaksi esterifikasi 1 jam Pemisahan sisa metanol dan
FAME + CPO Metanol
Sisa FAME+
trigliserida Pemanasan 55
o
C Reaksi transesterifikasi 1 jam
Pemisahan gliserol dan FAME
Metanol 15 CPO
Katalis 1 CPO
Gliserol Pencucian dengan air 70
o
C, 3 kali Pengeringan 115
o
C, 30 i
Biodiesel CPO
dipertahankan pada 55
o
C. selama 1 jam. Setelah reaksi berlangsung sempurna dilakukan tahap transesterifikasi, dengan menambahkan metanol 15 dan NaOH
sebanyak 1 dari jumlah minyak. Pengadukan dilanjutkan kembali selama 1 jam sampai terbentuk warna kecoklatan yang menandai telah terbentuknya gliserol
sebagai produk samping. Metil ester dan gliserol dipisahkan menggunakan labu pemisah. Lapisan
bawah adalah gliserol dan metil ester berada di bagian atas. Metil ester dipisahkan dan dicuci dengan akuades suhu 50
o
C untuk menghilangkan sisa katalis, metanol dan sabun, sampai tiga kali pencucian. Pengeringan metil ester atau biodiesel
dilakukan menggunakan pemanasan suhu 115
o
C sampai seluruh air menguap. Pengujian tahap awal adalah uji kadar lemak bebas pada biodiesel yang
telah dihasilkan. Pengujian asam lemak bebas ini penting untuk memastikan bahan baku tidak memiliki asam lemak bebas yang cukup tinggi 1 yang
dapat menghambat kinerja pompa vakum pada destilasi molekuler. Asam lemak bebas tinggi dapat menguap secara cepat dan terserap dalam pompa vakum tanpa
terjerat trap yang mengakibatkan macetnya pompa vakum.
b. Separasi Vitamin E
Pada tahap ini, biodiesel yang dihasilkan dihitung kandungan tokoferol kemudian dianalisis sifat fisik dan kimianya. Informasi karakteristik tokoferol dan
metil ester secara spesifik akan sangat dibutuhkan pada tahapan penelitian separasi dengan destilasi molekuler.
Gambar 9. Diagram alir tahapan separasi Vitamin E.
Metill ester CPO
Destilasi Molekuler
Larutan Vitamin E Analisis tokoferol,
Bilangan iod, bilangan asam,
angka asam
Residu
Analisis tokoferol, Bilangan iod,
bilangan asam, angka asam
Parameter penting untuk menunjang proses separasi dengan destilasi molekuler adalah berat molekul dan titik didih. Hasil proses pemisahan dengan
destilasi molekuler kemudian di analisis menggunakan HPLC untuk mengetahui konsentrasi larutan vitamin E yang dihasilkan.
4. Rancangan Percobaan
Tahap pengumpulan data dan analisis hasil penelitian digunakan Metode Permukaan Respon RSM. Faktor yang berpengaruh pada destilasi molekuler
adalah Kecepatan wiper, kecepatan laju alir bahan, dan suhu evaporasi. Percobaan ini menggunakan rancangan komposit terpusat Central Composite Design
dengan menggunakan 3 faktor, masing-masing perlakuan dibagi menjadi dua level. Sesuai dengan rancangan komposit terpusat 3 faktor maka pengulangan
dilakukan pada titik tengah sebanyak 6 enam kali. Faktor berserta level dibawahnya adalah sebagai berikut:
a. Faktor Kecepatan Laju Alir Bahan A
1. Kecepatan Laju Alir Bahan
= 1,3 literjam a
1
= - 1 2.
Kecepatan Laju Alir Bahan = 2,7 literjam a
2
= +1 b.
Faktor Suhu Destilasi B 1.
Suhu Destilasi = 175
˚C b
1
= - 1 2.
Suhu Destilasi = 220
˚C b
2
= +1 c.
Faktor Kecepatan Putaran Wiper C 1.
Kecepatan Putaran Wiper = 200 rpm
c
1
= - 1 2.
Kecepatan Putaran Wiper = 400 rpm
c
2
= +1 Nilai
α dipilih k = 3 adalah 2
k4
= 2
¾
= 2
0,75
= 1,68. Setelah menetapkan level-level faktor yang bersesuaian dengan rancangan faktorial 2
k
, maka ditetapkan level-level faktor yang bersesuaian dengan titik pusat a = 0, b
= 0 dan c = 0, dengan jalan mengambil titik tengah diantara kedua level faktor yang telah
dispesifikasikan dalam langkah pertama. Dari faktor dan level diatas, maka diketahui titik –titik pusat adalah:
a. Faktor laju alir bahan dengan titik pusat :
kode a = 0 literjam
2 2
literjam 7
, 2
literjam 3
, 1
= +
b. Faktor suhu destilasi dengan titik pusat:
kode b = 0 c.
Faktor kecepatan putar wiper dengan titik pusat: kode c = 0
Diketahui bahwa level-level laju alir bahan A berturut-turut: 1,3 literjam kode a = -1, 2,7 literjam kode a = 1 dan 2 literjam kode a = 0, maka titik
tengah dari faktor A adalah 2 literjam serta jarak diantara level faktor adalah 0,7 literjam, dengan demikian hubungan antara variabel kode a dan variabel asli A
dapat dinyatakan sebagai berikut:
7 ,
2 −
= A
a ,
2 7
, +
= a
A ..........................................................
5
dengan cara yang sama, maka dapat ditentukan bentuk hubungan antara b dan B serta c dan C, sebagai berikut:
25 200
− =
B b
, 200
25 +
= b
B ......................................................
6
100 300
− =
C c
, 300
100 +
= c
C .....................................................
7
Penentuan level-level faktor yang bersesuaian dengan nilai - α = -1,68 dan α =
1,68 dengan jalan memanfaatkan hubungan yang ada antara variabel kode dan variabel asli dalam persamaan 5, 6, dan 7.
Menggunakan persamaan 5, maka diketahui bahwa: untuk a = -1,68, maka A = 0,7 -1,68 + 2 = 0,82
untuk a = 1,68, maka A = 0,7 1,68 + 2 = 3,18 Menggunakan persamaan 6, maka diketahui bahwa :
untuk b = -1,68, maka B = 25 -1,68 + 200 = 159,9 untuk b = 1,68, maka B = 25 1,68 + 200 = 235,3
Menggunakan persamaan 7, maka diketahui bahwa : untuk c = -1,68, maka C = 100 -1,68 + 300 = 131,8
untuk c = 1,68, maka C = 100 1,68 + 300 = 468,2 C
00 2
2 C
20 2
C 175
° =
° +
°
rpm 300
2 rpm
00 4
rpm 200
= +
Pengkodean dan level asli proses atau variabel bebas ditunjukkan oleh Tabel 3. Tabel 3. Rancangan penelitian terkodekan dan aktual
Perlakuan Pengacakan Nilai Faktor Terkodekan
Nilai Faktor Aktual Laju Alir
Bahan A Suhu
Destilasi B
Kecepatan Putar
Wiper C Laju Alir
Bahan Suhu
Destilasi Kecepatan
Putar Wiper
LiterJam Celcius rpm LiterJam Celcius rpm
1 19
-1 -1 -1 1,30
175,0 200
2 15
1 -1 -1 2,70
175,0 200
3 14
-1 1 -1 1,30
220,0 200
4 1
1 1 -1 2,70
220,0 200
5 8
-1 -1 1 1,30
175,0 400
6 5
1 -1 1 2,70
175,0 400
7 10
-1 1 1 1,30
220,0 400
8 4
1 1 1 2,70
220,0 400
9 17
-1,68 0,82
197,5 300 10
6 1,68
3,18 197,5 300
11 9
0 -1,68 0 2,00 159,9 300
12 18
0 1,68 2,00 235,3 300
13 13
0 0 -1,68
2,00 197,5
131,8 14
11 0 0
1,68 2,00
197,5 468,2
15 7
0 0 0 2,00
197,5 300
16 20
0 0 0 2,00
197,5 300
17 2
0 0 0 2,00
197,5 300
18 16
0 0 0 2,00
197,5 300
19 3
0 0 0 2,00
197,5 300
20 12
0 0 0 2,00
197,5 300
Data pendukung yang diuji selain konsentrasi tokoferol adalah bilangan iod, angka asam, asam lemak bebas. Pengujian bilangan iod menggunakan standar
pengujian FBI-A04-03, pengujian angka asam dan FFA menggunakan FBI- A01-03. Kandungan alfa-tokoferol diukur dengan menggunakan HPLC AOAC
1997. Detektor yang digunakan pada sistem HPLC ini adalah Ultraviolet UV dengan panjang gelombang 292 nm. Kolom yang digunakan untuk analisa alfa
tokoferol adalah Zorbax Sil dengan ukuran 250 x 4,6 mm dengan saringan membran 0,5 µm. Fasa bergerak yang digunakan adalah isoproanol dalam hexan
dengan perbandingan 0,5 : 99,5 vv. Larutan vitamin E minyak sawit sebanyak 0,4 gr ditimbang dalam labu ukur 5 ml, kemudian ditera menggunakan hexan. Contoh
diinjeksikan sebanyak 20 µm kedalam injektor. Laju alir yang digunakan pada kolom HPLC adalah 1 mlmenit selama 15 menit. Prosedur pengujian terdapat
pada Lampiran 1.
HASIL DAN PEMBAHASAN 1.
Pembuatan Biodiesel CPO
Menurut May 2007, metode ekstraksi dan isolasi komponen minor tokoferol termasuk didalamnya dari minyak nabati dilakukan dengan a esterifikasi dan
transesterifikasi, b mengambil fase ester yang mengandung komponen minor dengan memisahkan dari gliserol, c ekstraksi untuk memisahkan komponen
minor. Hal ini menunjukkan bahwa proses perubahan CPO menjadi metil ester merupakan salah satu bagian dari proses pemisahan yang tidak merusak
komponen minor yang terdapat dalam CPO. Batistella 1998, juga menggunakan metode esterifikasi dan transesterifikasi untuk memisahkan karoten dari biodiesel
dengan metode destilasi molekuler. Penggunaan esterifikasi dan transesterifikasi dapat memudahkan destilasi molekuler karena molekul-molekul yang berat seperti
gliserol telah terpisahkan terlebih dahulu. Berdasarkan hasil uji, CPO yang digunakan dalam penelitian ini memiliki
kadar asam lemak bebas 5,25, kadar air 0,19 dan kadar kotoran 0.020 PTPN VIII, 2007. Kadar asam lemak bebas lebih dari 2 mensyaratkan proses
dua tahap, esterifikasi dan transesterikfikasi pada konversi CPO menjadi metil ester. Proses konversi metil ester dilakukan bertahap sesuai dengan kapasitas
peralatan yang tersedia di Laboratorium Surfactant and Bioenergy Research Centre SBRC.
Hasil pengujian metil ester yang terbentuk menunjukkan kadar asam lemak bebas sebanyak 0,4, dan kadar bilangan asam sebesar 1,83. Hasil analisis
HPLC pada metil ester menunjukkan konsentrasi tokoferol pada metil ester sebesar 651 ppm. Nilai ini tidak jauh berbeda dengan kandungan tokoferol dari
CPO sebesar 600-1000 ppm Tan dan Oh 1981; Gapor et al. 1981. Hasil uji bilangan iod menunjukkan nilai 59,7 jauh lebih rendah dari yang disyaratkan
dalam standar mutu biodiesel Indonesia sebesar 115 Haryadi dkk. 2005. Artinya, bilangan iod kecil menunjukkan metil ester yang terbentuk cenderung jenuh dan
tidak memiliki banyak ikatan rangkap. Bilangan iod kecil juga menunjukkan bahwa metil ester yang dihasilkan stabil pada suhu tinggi karena ketiadaan ikatan
rangkap.
2. Kondisi Proses dan Operasi Destilasi Molekuler
