Karakteristik APG Optimasi Proses Produksi APG Dari Glukosa dan Pati Sagu

T egangan antarm u kam Nm T ega ng anan tarmuk a mN m 71 25 20 APG-K APG-G 15 10 5 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Konsentrasi APG bv Gambar 25 Tegangan antarmuka air-xilena pada berbagai konsentrasi APG dari glukosa. Gambar 26 menunjukkan ragam tegangan antarmuka air-xilena pada berbagai konsentrasi surfaktan APG dari pati sagu. Dari gambar tersebut juga terlihat bahwa tegangan antarmuka berkurang dengan tajam dengan meningkatnya konsentrasi surfaktan. 25 20 APG-K APG-PS 15 10 5 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Konsentrasi APG bv Gambar 26 Tegangan antarmuka air:xilena pada berbagai konsentrasi APG dari pati sagu. Kemampuan menurunkan tegangan antarmuka air-xilena dari APG-PS lebih baik dibandingkan dengan APG-G. APG-PS mampu menurunkan tegangan antarmuka air-xilena sebesar 74,48 80,98, sedangkan APG-G mampu 72 menurunkan tegangan antarmuka sebesar 54,48 77,34. Kemampuan menurunkan tegangan antarmuka yang tidak jauh berbeda dengan APG-PS juga didapatkan dari APG-K, yaitu sebesar 70,30 81,89. Hasil yang sama juga diperoleh Ware et al. 2007 yaitu sebesar 77,28 81,98. Dalam aplikasinya kemampuan menurunkan tegangan antarmuka ini erat hubungannya dengan pembentukan emulsi, kemampuan daya bersih atau dalam penggunaan sebagai enhanced oil recovery Paul Moulik 2001. Stabilitas emulsi Emulsi adalah campuran dua cairan yang tidak saling campur immiscible, dimana salah satu cairan fase dispersi atau internal berada dalam bentuk globula tersuspensi dalam cairan yang lain fase kontinyu atau eksternal. Kemampuan meningkatkan stabilitas emulsi merupakan salah satu karakteristik yang penting dari suatu surfaktan. Stabilitas emulsi terutama ditentukan oleh sifat-sifat antarmuka. Emulsi yang stabil adalah emulsi yang tidak terpisah berubah terhadap waktu Rosen 2004. Stabilitas emulsi air-xilena dengan adanya APG 0,1 dari hasil sintesis APG berbahan baku glukosa berkisar antara 37 75, sedangkan stabilitas emulsi dari APG berbahan baku pati sagu berkisar antara 35,8 76,2 Tabel L6 dan Tabel L7 Lampiran 5. Pada APG hasil sintesis dari glukosa didapatkan stabilitas emulsi air-xilena meningkat dengan meningkatnya suhu asetalisasi dan rasio mol glukosa-dodekanol, demikian juga pada APG hasil sintesis dari pati sagu, stabilitas emulsi air-xilena meningkat dengan meningkatnya suhu butanolisis dan rasio mol pati sagu-dodekanol. Namun kenaikan stabilitas emulsi karena kenaikan suhu lebih nyata dibandingkan rasio mol pati sagu dan dodekanol. Penentuan nilai HLB Salah satu sifat paling penting dari suatu surfaktan adalah nilai HLB. Nilai HLB, suatu parameter empiris yang menggambarkan kandungan gugus-gugus hidrofilik dan hidrofobik dari suatu surfaktan, telah sering digunakan dalam formulasi produk-produk emulsi. Emulsifier untuk emulsi tipe wo biasanya , , dengan , . Persamaan linier ini digunakan untuk 73 hidrofobik dengan nilai HLB rendah, sedangkan emulsifier dengan nilai HLB yang lebih tinggi sering digunakan dalam persiapan emulsi ow. Pengelompokan surfaktan juga berdasarkan nilai HLBnya. Metode penentuan HLB dari larutan APG adalah dengan metode titrimetri, dimana titrannya adalah akuades dan larutan yang mengandung APG 1 g dalam 25 ml campuran 95:5 vv piridina 23,75 ml dan benzena 1,25 sebagai titrat. Kepala polar yang diperoleh dari karbohidrat yang bersifat hidrofilik akan tarik menarik dengan molekul air yang bersifat polar dan ion nitrogen dari piridina yang bersifat semi polar. Ekor dari APG yang diperoleh dari fatty alkohol bersifat hidrofobik akan menarik molekul benzena yang non polar dan cincin heterosiklik aromatik molekul piridina. Titik akhir titrasi dicapai pada saat kekeruhan permanen. Karena pada saat kekeruhan permanen larutan telah jenuh dan molekul APG sudah tidak dapat berikatan dengan molekul air maupun piridina dan benzena. Perhitungan nilai HLB dilakukan dengan mencari persamaan linier dari jenis surfaktan yang telah diketahui nilai HLBnya. Menurut Martin et al. 1970 dalam Moechtar 1989 bahwa nilai HLB dari Tween 80 adalah 15,0; Span 20 adalah 8,6 dan asam oleat adalah 1. Hasil pengukuran banyaknya akuades yang diperlukan dalam titrasi dapat dilihat pada Tabel L8 Lampiran 5. Dari kurva standar Gambar L1 Lampiran 5 diperoleh persamaan linier, yaitu menentukan nilai HLB dari surfaktan APG hasil sintesis dan APG komersial. Hasil pengukuran nilai HLB dari APG komersial dan APG hasil penelitian dari glukosa pada kondisi optimum diperoleh dengan cara interpolasi dengan kurva standar. Nilai HLB yang diperoleh untuk APG komersial adalah 13,64; untuk APG hasil sintesis dari glukosa adalah 12,31 dan untuk APG hasil sintesis dari pati sagu adalah 8,81. Berdasarkan konsep Grifin dalam Holmberg et al. 2003, APG komersial dan APG hasil sintesis dari glukosa tergolong dalam pengemulsi OW dan solubilizer, sedangkan APG hasil sintesis dari pati sagu juga tergolong dalam pengemulsi OW dan bahan pembasah. 74 Analisa Gugus Fungsi APG Dengan FTI R Fourier transform infrared spectroscopy FTIR merupakan alat untuk mendeteksi gugus fungsi dari suatu senyawa dengan spektrum inframerah dari senyawa organik yang mempunyai sifat fisik yang khas sehingga kemungkinan dua senyawa mempunyai spektrum sama adalah kecil sekali. Energi radiasi inframerah akan diabsorpsi oleh senyawa organik sehingga molekulnya akan mengalami rotasi atau vibrasi. Setiap ikatan kimia yang berbeda seperti C C, C H, C=O, O H dan sebagainya mempunyai frekuensi vibrasi yang berbeda. Pencirian gugus fungsi ini juga digunakan untuk melakukan perbandingan antara APG komersial dan APG yang dihasilkan. Gambar spektrum FTIR dari APG komersial dan APG hasil sintesis dari glukosa dan dari pati sagu dapat dilihat pada Lampiran 7. Dari hasil analisis FTIR secara umum diperoleh pita serapan yang hampir sama antara APG komersial dan APG yang dihasilkan tetapi pada APG yang dihasilkan baik dari glukosa maupun dari pati sagu terbentuk banyak pita serapan yang tidak terbentuk pada kurva APG standar, ini diperkirakan karena ketidakmurnian APG hasil sintesis yang bercampur dengan kerak-kerak sehingga muncul gugus-gugus tersebut. Terbentuknya gugus eter C O C menandakan bahwa sintesis antara gugus hidroksil dari glukosa dan pati dengan alkohol lemak telah terjadi, sedangkan gugus O H menunjukkan bahwa gugus hidrofilik dari APG telah terbentuk El-Sukkary et al. 2008. Hasil yang sama juga didapatkan oleh El-Sukkary et al. 2008 sebagaimana tercantum dalam Tabel 13. Perbandingan karakteristik APG sintesis dan APG komersial Hasil sintesis APG pada kondisi optimum baik untuk sintesis APG dari glukosa maupun APG dari pati sagu dibandingkan dengan APG komersial. Hasil perbandingan karakteristik APG sintesis dan APG komersial dapat dilihat pada Tabel 14. 75 Tabel 13 Pita serapan spektrofotometer FTIR dari APG komersial dan APG hasil penelitian Jumlah gelombang cm 1 Gugus fungsi APG-K APG-G APG-PS El-Sukkary et al. 2008 CH 2 CH 2 n ganda 721,26 714,94 720,24 720 Tekuk asimetrik 1.465,54 1.460,94 1.465,78 1.461 Ulur simetrik 2.853,29 2.855,79 2.852,08 2.854 Ulur asimetrik 2.923,25 2.928,88 2.921,56 2.932 O H 3.400,34 3.243,27 3.386,66 3.200 3.400 C O 1.050,30 1.065,31 1.031,44 1.055 C O C 1.151,73 1.152,56 1.151,96 1.150 Tabel 14 Perbandingan karakteristik APG sintesis dan APG Komersial Karakteristik APG dari Glukosa APG dari Pati Sagu APG Komersial Kemampuan menurunkan tegangan permukaan 49,96 68,19 60,97 66,39 55,28 70,32 Kemampuan menurunkan tegangan antarmuka 54,48 77,34 74,48 80,98 70,30 81,89 Stabilitas emulsi 37 75 35,8 76,2 85 Nilai HLB 12,31 8,81 13,64 Ket: konsentrasi APG dalam larutan berkisar dari 0,1 1. konsentrasi APG dalam larutan berkisar dari 0,1 0,4. Dari Tabel 14 dapat dilihat bahwa pada konsentrasi APG dalam larutan rendah, kemampuan APG dari pati sagu untuk menurunkan tegangan permukaan dan tegangan antarmuka lebih baik dari APG dari glukosa dan APG komersial. Tetapi Nilai HLB APG dari pati sagu lebih rendah dari APG glukosa dan APG komersial. Namun, menurut Davis 1994 nilai HLB dalam kisaran 8 15 cocok sebagai pengemulsi OW. Secara umum dapat dikatakan bahwa APG hasil sintesis memiliki karakteristik yang tidak jauh berbeda dengan APG komersial. Perbedaan karakteristik ini disebabkan oleh perbedaan penggunaan alkohol lemak. APG komersial menggunakan alkohol lemak campuran dari C 10 C 16 , sedangkan APG sintesis menggunakan alkohol lemak C 12 . Γ 2 perc 28 76

4.2 Adsorpsi Surfaktan Nonionik Alkil Poliglikosida Pada Antarmuka

Fluida- Fluida Surfaktan nonionik yang digunakan dalam studi ini adalah APG yang dihasilkan dari glukosa, pati sagu, dan APG komersial. Untuk studi adsorpsi ini APG yang dihasilkan dari glukosa dilambangkan dengan APG-G, APG yang dihasilkan dari pati sagu dinotasikan dengan APG-PS, dan untuk APG komersial disingkat dengan APG-K. Surfaktan-surfaktan ini sangat larut dalam air. Adsorpsi dari ketiga surfaktan ini dilakukan pada antarmuka air-udara dan air-xilen. Persamaan keadaan permukaan yang digunakan dalam menentukan tegangan permukaan dan tegangan antarmuka model adalah Pers. 26 26 Tujuan dari persamaan keadaan ini adalah untuk menghilangkan konsentrasi permukaan dari isotherm adsorpsi dan menghubungkan tegangan permukaan secara langsung dengan konsentrasi surfaktan dalam badan larutan c. Persamaan ini mempunyai dua parameter yang tidak diketahui, yaitu dan K L , yang dapat diperoleh dengan mencocokkan harga percobaan terhadap c. Dari harga , luas permukaan minimum per molekul yang diadsorp A min dapat diperoleh dengan persamaan Prosser dan Franses 2001. A 1 N A , 27 dimana A min dinyatakan dalam m 2 dan N A adalah bilangan Avogadro. Luas A min tergantung pada sifat surfaktan dan antarmuka. Perhitungan harga parameter K L dan dapat dilakukan dengan cara optimasi non linear multi peubah, yaitu dengan meminimumkan jumlah kuadrat kesalahan antara data tegangan permukaan yang diukur atau percobaan dan harga prediksi atau model. Persamaannya didefinisikan dengan n mod 1 2 77 dimana n adalah jumlah titik-titik data. Model akan dianggap berhasil jika sama dengan atau lebih rendah dari kesalahan yang ditentukan dalam pengukuran tegangan permukaan dan tegangan antarmuka, dimana kesalahan yang ditetapkan adalah 1 mNm. Kualitas pencocokan kemudian dikategorikan dengan ‘baik’ bila di bawah 1 mNm, ‘jelek’ bila dari 1 hingga 3 mNm, dan ‘sangat jelek’ bila melebihi 3 mNm Prosser dan Franses 2001. Metode optimasi non linier multi peubah yang digunakan adalah metode Nelder-Mead dengan bantuan paket perangkat lunak Matlab. Hasil optimasi K L dan untuk tegangan permukaan dapat dilihat pada Tabel 15. Tabel 15 Nilai K L dan untuk tegangan permukaan hasil optimasi dengan metode Nelder-Mead Surfaktan K L molm 2 mNm A min m 2 APG-G 3.190,46 2,36 x 10 6 1,572 7,04 x 10 APG-PS 49.981.456,49 1,11 x 10 6 0,961 1,50 x 10 APG-K 64.180,59 1,83 x 10 6 0,283 9,07 x 10 19 18 19 Dengan menggunakan data K L dan hasil optimasi dan Pers. 26 dapat dicari nilai tegangan permukaan model. Gambar 27 menunjukkan ragam tegangan permukaan air pada berbagai konsentrasi APG dalam larutan. Dari harga pada Tabel 15 menunjukkan bahwa pencocokan Pers. 26 dengan data percobaan sangat baik, kecuali untuk APG-G yang menunjukkan fit yang jelek. Dari harga menunjukkan bahwa lebih banyak molekul-molekul surfaktan APG-G yang terakomodasi pada antarmuka air-udara daripada surfaktan APG-PS dan APG-K. Luas permukaan yang ditempati oleh sebuah molekul pada antarmuka disajikan dalam kolom terakhir dari Tabel 15. Terlihat bahwa molekul APG-PS menempati luas yang lebih besar pada antarmuka air-udara dibandingkan APG-G dan APG-K sehingga proses adsorpsinya juga lebih besar. Konstanta kesetimbangan K L untuk adsorpsi dan desorpsi pada antarmuka air-udara cukup tinggi. Harga K L untuk APG-PS jauh lebih tinggi dibandingkan harga K L untuk APG-K dan APG-G. Ini menandakan laju adsorpsi pada APG-PS lebih cepat. Sedangkan laju adsorpsi pada APG-G lebih lambat. T egan g an p er m uk aanm N m 78 80 70 60 50 40 APG-K Model APG-G model APG-PS model APG-K APG-G APG-PS 30 20 10 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Konsentrasi APG bv Gambar 27 Tegangan permukaan air pada berbagai konsentrasi APG dalam larutan. Untuk tegangan antarmuka, harga K L dan hasil optimasi dapat dilihat pada Tabel 16. Gambar 28 menunjukkan ragam tegangan antarmuka air-xilen pada berbagai konsentrasi APG dalam larutan. Dari harga pada Tabel 16 menunjukkan bahwa pencocokan Pers. 26 dengan data percobaan sangat baik untuk ketiga surfaktan yang digunakan, dimana di bawah 1 mNm. Tabel 16 Nilai K L dan untuk tegangan antarmuka hasil optimasi dengan metode Nelder-Mead Surfaktan K L molm 2 mNm A min m 2 APG-G 22.019,27 2,72 x 10 6 0,785 6,10 x 10 APG-PS 44.589.740,79 1,57 x 10 6 0,940 1,06 x 10 APG-K 14.563.675,72 1,65 x 10 6 0,575 1,01 x 10 19 18 18 Dari harga konsentrasi permukaan maksimum pada Tabel 16 dan Tabel 15 terlihat bahwa lebih banyak molekul-molekul APG-G dan APG-PS yang terakomodasi pada antarmuka air-xilena dibandingkan air-udara, sedangkan pada APG-K molekul-molekulnya lebih banyak tertampung pada antarmuka air-udara dibandingkan air-xilen. Luas permukaan dari molekul APG-G dan APG-PS lebih banyak menempati pada antarmuka air-udara dibandingkan air-xilen. Harga konstanta kesetimbangan K L pada antarmuka air-xilena lebih tinggi daripada antarmuka air-udara. T ega ng anan ta rm uk a mN m d maks 29 D a CWe 79 50 45 40 35 30 25 APG-K Model APG-G model APG-PS model APG-K APG-G APG-PS 20 15 10 5 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Konsentrasi APG bv Gambar 28 Tegangan antarmuka air-xilen pada berbagai konsentrasi APG dalam larutan.

4.3 Kinetika Emulsifikasi

Emulsifikasi biasanya berkenaan dengan dispersi satu cairan, seperti minyak di dalam cairan lain air yang tidak saling larut. Kinetika emulsifikasi adalah perubahan bentuk emulsi terhadap waktu. Kajian emulsifikasi ini merupakan suatu pengembangan produk APG yang dihasilkan. Emulsifikasi merupakan faktor penting dalam flotasi, ekstraksi solven, pengolahan air limbah, aplikasi pada farmasi, kosmetik, agrokimia, makanan, membran cair dan aplikasi lainnya Paul Moulik 2001. Hinze 1955 dalam Sis Chander 2004 telah melaporkan breakage globula yang terisolasi terutama ditentukan oleh rasio gaya-gaya eksternal dan internal yang bekerja pada suatu globula. Ada dua gaya eksternal utama: 1 fluktuasi tekanan turbulen dan 2 gaya viskos karena gradien kecepatan di sekeliling fase kontinyu. Gaya-gaya ini terutama karena tegangan antarmuka danatau gaya viskos internal. menurut Hinze 1955 suatu tetesan akan pecah bila rasio deformasi gaya internal melewati diameternya dan gaya karena tegangan antarmuka yang melebihi harga kritis. Berdasarkan model ini Pers. 29 disarankan. 0,6