BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Glukosa dari Sabut Kelapa Sawit dengan Kapasitas 15.000 Ton/Tahun

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kelapa Sawit

  Tanaman kelapa sawit ( Elaeis guinensis JACQ) adalah tanaman berkeping satu yang termasuk dalam famili palmae. Nama genus Elaeis berasal dari bahasa Yunani yaitu Elaion atau minyak, sedangkan nama spesies guinensis berasal dari kata guinea, yaitu nama tempat dimana seorang ahli bernama Jacquin menemukan tanaman kelapa sawit.

  Kelapa sawit dapat tumbuh dengan baik pada daerah beriklim tropis dengan curah hujan 2.000 mm/tahun dan kisaran suhu 22 C – 32 C. Kelapa sawit mengandung lebih kurang 80% pericarp (lapisan serat daging) dan 20% buah yang dilapisi kulit yang tipis.

  Bagian – bagian buah kelapa sawit yang menghasilkan minyak adalah: 1. Daging buah (mesocarp), yang mengandung minyak kelapa sawit (CPO).

2. Inti sawit (kernel), yang mengandung inti kelapa sawit (CPKO).

  Kulit (exocarp) Daging buah (mesocrap) Cangkang (endocrap) Inti sawit (kernel)

Gambar 2.1. Penampang buah kelapa sawit

  (Sumber : Wikipedia)

  Perkebunan kelapa sawit di Indonesia terus meningkat tiap tahun diikuti dengan produksi minyak kelapa sawit. Pengolahan kelapa sawit memproduksi produk utama, yaitu minyak kelapa sawit dan minyak inti sawit. Produksi minyak kelapa sawit tersebut menghasilkan hasil samping berupa tandan kosong, sabut perasan, lumpur, cangkang dan bungkil inti sawit. Persentase hasil samping dan minyak kelapa sawit dari tandan buah segar terlihat pada gambar 2.2.

  Tandan Buah Sawit Segar (TBS) Tandan Minyak

  Sabut Kelapa Sawit Cangkang Inti Sawit

  Kosong Sawit Sawit (CPO) (Serat Mesokrap)

  (7%) (5%) (TKS) (20-22%)

  (13%) (23%) Lumpur Sawit (POS)

  (2%. BK) Minyak Inti Sawit Bungkil Inti (PKO)

  Sawit (45-46%) (45-46%)

Gambar 2.2 . Persentase Produksi Minyak dan Hasil Samping Kelapa Sawit

  (Sumber: Elisabeth, 2003)

  Beberapa dari hasil samping pengolahan minyak kelapa sawit berpotensi sebagai pakan ternak dan kompos seperti tandan kosong kelapa sawit, sabut kelapa sawit, lumpur sawit dan bungkil inti sawit. Namun, sebagian besar hasil samping pengolahan minyak kelapa sawit jika diolah sedemikian rupa dengan cara yang tepat, memiliki nilai jual yang tinggi dan dapat meningkatkan pendapatan nasional.

2.2 Sabut Kelapa Sawit

  Sabut kelapa sawit merupakan limbah padat yang berasal dari ampas perasan buah kelapa sawit yang diambil minyaknya pada stasiun pengepresan proses pengolahan kelapa sawit.

Gambar 2.3 Sabut Kelapa Sawit

  (sumber:PTPN II Sawit Seberang) Selama ini sabut kelapa sawit dimanfaatkan sebagai bahan bakar boiler dan sebagai pupuk kompos. Padahal, sabut kelapa sawit berpotensi untuk dikembangkan menjadi barang lebih berguna, salah satu menjadi bahan baku glukosa. Hal ini karena sabut kelapa sawit mengandung selulosa yang dapat dihidrolisis menjadi glukosa dengan bantuan enzim ataupun asam (Koba dan Ayaaki, 1990). Adapun komposisi dari sabut kelapa sawit sebagai berikut:

Tabel 2.1 Komposisi kimia sabut kelapa sawit

  Komponen Persen bahan kering (%)

  Protein kasar 3,6 Lemak 1,9

  Abu 5,6 Selulosa 59,6

  Lignin 28,5 Impurities

  8 (Koba dan Ayaaki, 1990) Kebutuhan glukosa di Indonesia semakin meningkat, dikarenakan perkembangan industri makanan dan farmasi yang begitu pesat. Hingga saat ini untuk menutupi kebutuhan dalam negeri, Indonesia masih mengimport dari beberapa Negara tetangga. Untuk itu nilai sabut kelapa sawit akan lebih berharga jika diolah sedemikian rupa dengan cara yang tepat, sehingga memiliki nilai jual yang tinggi dan dapat meningkatkan pendapatan nasional.

2.3 Gula – Gula Karbohidrat

  Karbohidrat merupakan senyawa karbon, hydrogen dan oksigen yang banyak terdapat di alam yang mempunyai rumus empiris CH

  2 O. Kabohidrat merupakan

  sumber energi yang paling utama dalam tubuh makhluk hidup. Disamping sebagai sumber energi bagi makhluk hidup, karbohidrat memiliki kegunaan yang luas dalam bidang industi, misalnya industri kertas, industi fermentasi, industri makanan dan minuman dan sebagainya. Pada umumnya gula karbohidrat terbagi dalam tiga kelompok.

  2.3. 1 Monosakarida

  Monosakarida adalah gula tunggal seperti glukosa, fruktosa, dan dekstrosa yang mempunyai rumus yang sama C

6 H

  12 O 6 . Glukosa disebut juga gula anggur atau

  dekstrosa karena mempunyai sifat memutar bidang polarisasi ke kanan (+). Fruktosa mempunyai sifat kebalikannya yaitu dapat memutar bidang polarisasi ke kiri (-).

  Gula tunggal (monosakarida) ini tidak dapat dipecah lagi sehingga mempunyai rumus yang lebih sederhana lagi. Glukosa dan fruktosa dalam prakteknya disebut juga gula reduksi.

  Dalam susunan komposisi jagung, gula reduksi menempati urutan kedua dari komponen terbanyak. Gula reduksi ini adalah golongan monosakarida yaitu terdiri dari gabungan glukosa dengan fruktosa.

  Sakarosa dapat dipecahkan menjadi glukosa dan fruktosa, tetapi glukosa dan fruktosa ini sudah tidak dipecahkan lagi walaupun oleh larutan asam yang amat encer. Yang terpenting adalah pengaruh dari larutan basa ini menjadi macam – macam asam organik yang dengan basa dapat membentuk suatu garam.

  O

  Pada awal suhu dibawah 50 C pemecahan ini tidak begitu berarti karena hasil pemecahan pada suhu rendah hanya menghasilkan zat – zat dengan warna tua sehingga dapat mempengaruhi gula. Dengan demikian, pemecahan gulla reduksinya hanya akan merugikan pabrik saja sehingga pemecahan tersebut harus dicegah.

  2.3. 2 Disakarida

  Disakarida tersusun dari gabungan 2 gula tunggal. Yang terpenting didalamnya adalah sakrosa atau sukrosa yang lazim disebut gula tebu. Secara kimiawi, sukrosa juga termasuk gula bit. Disakarida sebetulnya termasuk polisakarida yaitu bentuk polisakarida yang paling sederhana dengan rumus C H O .

  12

  22

  11 Gambar 2.4 Struktur dari sukrosa

(Fressenden, 1999)

  Bagian sebelah kiri molekul berasal dari glukosa (terbentuk cincin piranosa), bagian sebelah kanan berasal dari fruktosa (terbentuk dari cincin furanosa).

2.3.3 Polisakarida

  Polisakarida tersusun dari banyak molekul gula tunggal. Yang terpenting selain disakarida adalah selulosa yang mempunyai rumus (C

  12 H

  22 O 11 ) dan pati

  (C

  6 H

  10 O 5 ). Molekul selulosa tersusun lebih dari 1000 molekul glukosa yang satu sama lainnya dihubungkan dengan oksigen.

  Pati dan amilum adalah karbohidrat kompleks yang tidak larut dalam air, berwuhud bubuk putih, tawar dan tidak berbau. Pati merupakan bahan utama yang dihasilkan oleh tumbuhan utnuk menyimpan kelebihan glukosa (sebagai produk fotosintesis) dalam jangka panjang. Hewan dan manusia juga menjadikan pati sebagai sumber energi yang penting. Pati tersusun dari dua macam karbohidrat, amilosa dan amilopektin, dalam komposisi yang berbeda beda. Amilosa memberikan sifat keras sedangkan amilopektin menyebabkan sifat lengket. Amilosa memberikan warna ungu pekat pada tes iodin sedangkan amilopektin tidak bereaksi. Penjelasan untuk gejala ini belum pernah bisa tuntas dijelaskan.

2.4 Glukosa

  Glukosa (C

6 H

  12 O 6 ) adalah monosakarida yang paling banyak terdapat di

  alam. Glukosa dipergunakan dalam industri makanan dan minuman, terutama dalam industri pembuatan selai, permen dan pembuatan buah kaleng.

Gambar 2.5 Rumus bangun glukosa

  (Fressenden, 1999)

  Tingkat mutu glukosa yang dihasilkan ditentukan oleh warna, kadar air, dan tingkat konversi pati yang dihitung sebagai ekuivalen dekstrosa (DE). Nilai ekuivalen dekstrosa (DE) glukosa yang tinggi dapat diperoleh dengan optimalisasi proses likuifikasi dan sakarifikasi, sedangkan kadar padatan kering dan warna glukosa yang sesuai standar (SNI) diperoleh dengan proses evaporasi. Proses evaporasi yang dilakukan pada kondisi non-vakum atau pada tekanan udara 1 atm

  (1×105 Pa) menyebabkan warnanya menjadi kecoklatan. Persyaratan umum mutu glukosa dapat dilihat pada tabel 2.2.

Tabel 2.2 Standar mutu glukosa

  

Komponen Spesifikasi

  Air Max. 20% Abu (dasar reduksi) Max. 1%

  Gual reduksi sebagai d-Glukosa Max. 30% Pati Tidak nyata

  Logama berbahaya (Pb, Zn, CN) Negatif Untuk kembang gula 400rpm yang

  Sulfur lainnua 40 rpm Pemanis buatan Negatif

  (SII 0418-81, 2001)

2.5 Proses Pembuatan Glukosa

  Proses pembuatan glukosa dari sabut kelapa sawit berdasarkan pada proses hidrolisa terdiri dari : a. Proses hidrolisa dengan katalis asam

  b. Proses hidrolisa dengan katalis enzim

  2.5.1 Proses hidrolisa dengan katalis asam

  Pembuatan glukosa dengan proses hidrolisa asam menggunakan asam klorida (HCl) sebagai katalis. Bahan baku yang telah dijadikan pati ditambahkan katalis asam sehingga slurry mengandung 35% - 40% pati. Kemudian larutan dinetralisasi

  O

  dengan Ca(OH) , dimana suhu mencapai 140 C dan Tekanan di konverter mencapai

  2

  30 psia dengan pH 4 – 5. Hasil hidrolisa menjadi glukosa diukur sebagai dekstosa- equivalen (gula pereduksi) yang memberikan hasil 95 – 96 De dan 92 – 94 % dekstosa/dry basis. Sirup glukosa kotor disaring untuk dipisahkan dari inert yang tidak larut, kemudian diikuti dengan penambahan karbon aktif. sirup glukosa murni diuapkan untuk mendapatkan sirup glukosa yang lebih pekat. Kemudian dilakukan pengkristalan guna membentuk sirup glukosa menjadi kristal glukosa. Kristal glukosa ini kemudian dipisahkan antara kristal glukosa dengan mother liquor dan akhirnya dilakukan penyaringan serta pengepakan.

  2.5.2 Proses hidrolisa dengan katalis enzim

  Pembuatan glukosa dengan hidrolisa enzim menggunakan enzim sebagai katalis yang berguna untuk memecah moleku – molekul pati yang lebih besar menjadi molekul yang lebih kecil atau pemecahan ikatan rantainya. Ini dilakukan dengan menamba hkan enzim α – amilase dan gluko amilase. Bahan baku dijadikan pati sehingga slury mengandung 35% - 40% pati. kemudian dihidrolisa dengan penambahan katalis enzim. Dengan demikian hirolisa pati dengan katalis enzim dilakukan dengan dua tahap, yaitu : a. Pe nambahan enzim α – amilase b. Penambahan enzim gluko – amilase Tangki yang mengandung pati 35% – 40% dicampur dengan air. Didalam tangki ini diberikan enzim α – amilase untuk memecahkan ikatan rantai amilase

  .

  2

  menjadi α – glukosidic pati, dan juga dinetralkan dengan penambahan Ca(OH) kemudian dilanjutkan ke tahap liquifikasi yang berlangsung dua tahap yaitu

  O O

  tahap pertama pada suhu 105 C dan tahap kedua pada suhu 95

  C. Slurry pati yang sudah disiapkan dalam tangki, dipompa kedalam tangki liquifikasi 1 yang dipanasi

  O

  dengan uap panas sampai suhu 105

  C. suhu tersebut dipertahankan selama 5 menit,

  O

  sampai terjadi proses gelitinasi. Kemudian suhu diturunkan menjadi 95 C dan bahan dialirkan pada alat liquifikasi II. Liquifikasi II berlangsung selama 2 jam dan suhu

  O

  dipertahankan pada suhu 95 C sampai terbentuk dekstrin. Dekstrin yang diperoleh

  O

  dipompa kedalam tangki sakharifikasi dan suhu diturunkan menjadi 60

  C, pH juga diturunkan menjadi 4,5 dengan menambah HCl 0,1 N, kemudian ditambahkan enzim gluko – amilase yang memotong ikatan rantai α – 1 – 6 glukosidic pati selama 72 jam dan tekanan operasi atm. Hasil hidrolisa menjadi glukosa diukur sebagai dekstrose – equivalen (gula pereduksi) yang memberikan hasil 98 – 99 De dan 97 – 98,5% dekstrose.

  Sirup glukosa kemudian dijernihkan untuk memisahkan inert yang tidak larut dengan penambahan karbon aktif yang diteruskan pada alat penukar ion untuk menghilangkan ion-ion. Sirup glukosa bersih diuapkan pada evaporator guna memekatkan larutan glukosa. Hasil dari evaporator yaitu 70 – 78% sirup glukosa yang siap di kristalkan menjadi butir-butir kristal glukosa. Kemudian larutan glukosa ini dipisahkan dengan mother-liquor yang dikembalikan ke evaporator. dan akhirnya dilakukan pengeringan serta pengepakan untuk siap dipasarkan.

  2.6 Seleksi Proses

  Pada pra rancangan pabrik pembuatan glukosa dari sabut kelapa sawit ini menggunakan proses hidrolisa dengan katalis asam pada tekanan 1 atm dan

  O

  temperatur 135 C. Dasar pemilihan proses tersebut dilihat pada tabel 2.3.

Tabel 2.3 Perbandingan proses hidrolisa dengan katalis asam dan proses hidrolisa dengan katalis enzim

  

Proses hidrolisa dengan katalis Proses hidrolisa dengan

No. asam katalis enzim

  Waktu yang dibutuhkan dalam Waktu yang dibutuhkan dalam 1. mendapatkan produk relatif lebih mendapatkan produk relatif singkat. lama.

  Kemurnian produk yang Kemurnian produk yang dihasilkan 2. dihasilkan dari hasil evaporasi, dari hasil evaporasi, yaitu 92-94%. yaitu 70-78%.

  Proses ini tidak mengeluarkan biaya Proses ini mengeluarkan biaya 3. yang relatif besar dalam penyaluran yang relatif besar dalam bahan baku. penyaluran.

  Tidak perlu menambah staff tenaga Perlu menambah staf tenaga 4. ahli biologis dalam menanggulangi ahli biologis dalam proses produksi. menanggulangi proses produksi.

  Dari hasil perbandingan proses hidrolisa dengan katalis asam dan proses hidrolisa dengan katalis enzim, maka Pra Rancangan Pabrik pembuatan glukosa dari bahan baku sabut kelapa sawit menggunakan proses hidrolisa dengan katalis asam karena kemurnian produk yang dihasilkan dari hasil evaporasi pada proses hidrolisa glukosa dengan katalis asam lebih besar dari proses hidrolisa dengan katalis enzin, yaitu 92-94%.

  2.7 Deskripsi Proses

  Pabrik pembuatan glukosa monohidrat ini menggunakan bahan baku sabut kelapa sawit hasil limbah proses pabrik kelapa sawit. Sabut kelapa sawit dari Gudang bahan baku (GBB-01) diangkut dengan menggunakan Elevator (E-01) ke dalam

  

hammer mill (HM-01) untuk melunakkan bahan baku. Pada proses pelunakan bahan

  baku ditambahkan air kedalam hammer mill (HM-01) dengan perbandingan berat

  O

  antara air : bahan baku (sabut kelapa sawit) sebanyak 1 : 2 pada suhu 30 C dan tekanan 1 atm untuk membentuk slurry pati. Slurry pati yang terbentuk kemudian ditampung dengan menggunakan Belt elevator (BLC-01) yang kemudian diangkut ke Reaktor Hidrolisa (RH-01) untuk menghasilkan sirup glukosa dengan menggunakan Elevator (E-02). Di dalam Reaktor Hidrolisa (RH-01) ditambahkan katilis asam

  O

  yaitu HCl 95% (T-01) dengan perbandingan berat 1:10 pada suhu 135 C pada tekanan 1 atm. Tujuan larutan dimasukkan ke dalam reaktor hidrolisa adalah untuk memberi kesempatan semua molekul pati agar dapat terhidrolisa secara optimal. Pada reaktor hidrolisa terjadi reaksi dengan konversi sebesar 99,5%. Adapun reaksi yang terjadi di dalam Reaktor Hidrolisa adalah sebagai berikut:

  HCl (C

  6 H

  12 O 6 ) n + H

  2 O C

  6 H

  12 O

  6 Sirup glukosa dipompakan ke Cooler (C-01) untuk didinginkan sampai suhu O

  50 C dan selanjutnya sirup glukosa dimasukkan ke dalam Filter Press (FP-01) untuk memisahkan sirup glukosa (filtrat) dari sisa pati, protein, lemak, dan impuritis yang tidak bereaksi di tampung di bak penampungan (BP-01) dengan asumsi banyaknya larutan glukosa yang ikut terbuang pada buangan filter Press (FP-01) diperkirakan sebanyak 0,1% dari larutan glukosa yang ada dalam umpan (BERITA- TEKNOLOGI/berita-iptek.blogspot.com, 2009) .

  Kemudian sirup glukosa dinetralisasi dengan larutan basa, yaitu NaOH 37% sebanyak 1% dari jumlah reaktan di dalam Reaktor Netralisasi (RN-01). NaOH

  O dengan kondisi 60 C dan 1 atm ini bereaksi dengan HCl yang membentuk NaCl.

  Hasil netralisasi kemudian dipisahkan lagi dari NaCl yang terbentuk. Pemisahan ini

  O dilakukan menggunakan Tangki Dekanter (TD-01) pada kondisi 60 C dan 1 atm.

  NaCl akan dikirim ke Bak Penampungan (BP-02) bersama impurities lainnya. Sedangkan sirup glukosa yang diperoleh kemudian dijernihkan di dalam Tangki

  

O

Decolorizing (TDL-01) pada kondisi 80 C dan 1 atm yang berisi karbon aktif

  sebanyak 2,2% dari bahan baku untuk menyerap zat warna yang timbul saat hidrolisa.

  Selanjutnya karbon aktif yang digunakan dipisahkan dari sirup glukosa menggunakan Filter Press (FP-02) sehingga yang tidak jernih akan dimasukkan ke dalam Bak Penampung (BP-03) bersama dengan karbon aktif sisa. Sedangkan sirup glukosa yang jernih kemudian diuapkan di dalam Evaporator (EV-01) untuk mendapatkan sirup glukosa yang lebih pekat sampai konsentrasi 78%. Setelah ukuran kristal telah sesuai, kemudian ditampung dengan menggunakan Belt

  

Cooler (RC-01) dengan temperatur 30 C dan tekanan 1 atm dan dimasukkan kembali

ke dalam Screw Conveyor (SC-03) untuk mendapatkan ukuran kristal yang seragam.

  

Conveyor (BLC-02) untuk diangkut ke Storange Tank (ST-01) dengan menggunkan

Elevator (E-03).

  Kemudian dilakukan pengkristalan guna membentuk sirup glukosa menjadi kristal glukosa dengan mendinginkan sirup glukosa di dalam tangki Cristalizer (CR-

  01) pada suhu 30 O

  C. Butiran kristal yang terbentuk kemudian dimasukkan ke dalam Screw Conveyor (SC-01) untuk mendapatkan ukuran kristal yang seragam. Setelah itu butiran kristal glukosa dikeringkan dalam Rotary Dryer dengan temperatur 110

  O

  C dan tekanan 1 atm sampai kandungan air dalam kristal glukosa berkurang sampai 86% dari kristal glukosa keluaran Crystallizer (CR-01). Kemudian dimasukkan lagi ke dalam Screw Conveyor (SC-02) untuk mendapatkan ukuran kristal yang seragam.

  Kristal glukosa yang telah dikeringkan kemudian didinginkan dengan Rotary

2.8 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk

2.8.1 Bahan Baku

  2.8.1.1 Sabut Kelapa Sawit

  Sifa Fisika:

• Berwarna coklat kekuningan
• Memiliki serat yang kasar
• Tidak berbau Sifat Kimia:
• Dapat dihidrolisa menjadi glukosa monohidrat
• Tidak mudah rusak
• Dapat digunakan sebagai pupuk kompos karena mengandung unsur hara

  2.8.1.2 Air

  Sifat Fisika:

  : 18,016 gr/grmol

• Berat molekul

  3

• Densitas : 0,995 gr/cm

  : 0 C

• Titik beku

  : 100 C

• Titik didih

  : 1,33

• Indeks bias

  : 0,01002 poise

• Viskositas

  O

  25 C : -57,7979 kcal/mol dalam wujud gas

• ∆H

  O

  : -68,3174 kcal/mol dalam wujud cair

  25 C

• ∆H
• Tidak beracun dan bewarna
• Tidak berbau dan berasa Sifat Kimia:

  : H

  2 O

• Rumus Kimia • Bentuk molekul padatnya hexagonal
• Bersifat polar
• Pelarut yang baik bagi senyawa organik
• Merupakan elektrolit lemah (Perrys, 1997)

2.8.1.3 HCl (Asam Klorida)

  Sifat Fisika: : 36,47 gr/mol

• Berat molekul

  : 1,191 gr/mol

• Rapat jenis

  : 82,3

• Kelarutan pada air dingin

  : 541

• Kelarutan pada air panas

  O

  C : 1,059 gr/ml

• Densitas HCl pada 80 Sifat Kimia:
• Merupakan asam kuat
• Mudah larut dalam air
• Memerahkan kertas lakmus
• HCl gas dapat langsung bereaksi dengan amoniak
• Dalam air akan mengionisasi (Perrys, 1997)

  2.8.1.4 NaOH (Natrium Hidroksida)

  Sifat-sifat fisika : : 40 gr/mol

• Berat Molekul

  O

  : 139 C pada tekanan 1 atm

• Boiling Point

  O

  : 318,8 C pada tekanan 1 atm

• Melting Point

  O

  : 347 C

• Kelarutan dalam air panas

  O

  : 40 C

• Kelarutan dalam air dingin

  : 2,130

• Spesifikasi grafity

  : 0,9824 gr/ml

• Denitas Sifat-sifat kimia :
• Menstabilkan kondisi pH
• Merupakan basa kuat
• Mudah larut dalam air
• Berwarna putih dalam keadaan padat (Perrys, 1997)

  2.8.1.5 Karbon aktif Terbuat dari serbuk kayu ( food grade) berupa powder berwarna hitam.

  : Solid/ tidak berbau

• Bentuk/wujud

  3

  : 2,267 g/cm

• Density : Tidak larut dalam air
• Kelarutan : Hitam • Warna : 1,8 – 2,1
• Spesifik gravity

  o o

  : 7592 F = 4200 C

• Titik didih

  o o

  : 6605,6 F = 3652 C

• Titik lebur (Perry, 1999)

2.8.2 Produk (Glukosa)

  Sifat-sifat fisika : : 180,16 gr/mol

• Berat Molekul : 1,544
• Spesifik grafity

  : 82