Pemanfaatan Karbon Aktif Dari Ampas Teh Sebagai Adsorben Dalam Proses Adsorpsi α-Tokoferol Yang Terkandung Dalam Minyak Kelapa Sawit Mentah (Crude Palm Oil)
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
MINYAK KELAPA SAWIT
Pohon kelapa sawit (Elaeis guineensis) merupakan tanaman asli Afrika dan
merupakan tumbuhan tropis [22]. Kelapa sawit
memiliki pohon yang tidak
bercabang dan tergolong dalam keluarga Palmae. Kelapa sawit mampu tumbuh
hingga 20 sampai 30 meter serta memiliki masa hidup ekonomis hingga 25 sampai
30 tahun. Satu tandan kelapa sawit mampu menghasilkan hingga 2.000 buah kelapa
sawit yang total beratnya mencapai 30 sampai 40 kg, yang berwarna gelap ketika
masih muda, dan berubah menjadi oranye kemerahan saat matang. Minyak kelapa
sawit diperoleh dengan mengekstraksi daging buah kelapa sawit yang berwarna
oranye kemerahan yang memiliki kandungan minyak sebesar 45-55% [23]. Minyak
kelapa sawit merupakan salah satu minyak utama yang diperdagangkan dalam
perdagangan minyak dan lemak di dunia dan Indonesia merupakan salah satu negara
penghasil minyak kelapa sawit terbesar di dunia [1, 2]. Dua jenis minyak kelapa
sawit yang berbeda dihasilkan dari buah kelapa sawit yaitu Palm Kernel Oil (PKO)
dan Crude Palm Oil (CPO) [23].
Palm kernel oil merupakan minyak minor yang diperoleh dari biji buah kelapa
sawit yang mengandung sekitar 50% minyak. PKO dapat dihidrogenasi untuk
digunakan langsung ataupun sebagai campuran minyak lainnya. PKO banyak
digunakan sebagai minyak goreng, adonan biskuit, bahan manisan dan panggangan,
es krim, mayones, pengganti cokelat, pembuatan sabun mandi, sabun bubuk, dan
detergen. Ampas hasil ekstraksi PKO mengandung 19,5% protein yang dapat
digunakan sebagai pakan ternak. PKO berwarna kuning muda pekat, memiliki rasa
dan aroma yang mirip dengan minyak kelapa, dan mengandung laurat jenuh dan
asam miristat dalam proporsi yang tinggi [23].
Sedangkan crude palm oil
merupakan minyak segar yang diperoleh dari
mesokarp buah kelapa sawit [24]. Untuk mendapatkan CPO dari buah kelapa sawit
diperlukan beberapa proses yaitu pemasakan, pemerasan, dan pemurnian [3]. CPO
5
Universitas Sumatera Utara
mengandung 50% asam lemak jenuh dan 50% asam lemak tak jenuh [24].
Kandungan asam lemak pada CPO ditunjukkan pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Kandungan Asam Lemak CPO [24]
Asam Lemak
Jenuh
Komposisi Asam Lemak
(%)
Tak Jenuh
Miristat
0,93
Palmitat
45,48
Stearat
3,49
Oleat
40,17
Linoleat
9,92
Selain mengandung asam lemak, CPO juga mengandung trigliserida.
Trigliserida merupakan komponen gliserida tertinggi yang terkandung dalam CPO
[24]. Secara umum komponen gliserida yang terkandung dalam CPO ditunjukkan
pada Tabel 2.2.
CPO juga mengandung 1% komponen minor termasuk karotenoid, tokoferol,
sterol, triterpen, fosfolipid, glikolipid, terpenik, hidrokarbon alifatik, dan pengotor
lainnya. Tokoferol merupakan komponen minor yang paling banyak dikandung
dalam CPO. Dalam CPO, besarnya kandungan karotenoid berkisar antara 500-700
ppm dan kandungan tokoferol dan tokotrienol berkisar antara 600-1000 ppm [4].
CPO memerlukan proses yang ekstensif sebelum sampai pada konsumen. Salah
satunya adalah proses pengilangan untuk menghilangkan komponen minor yang
terdapat dalam CPO. Proses yang ekstensif ini bertujuan untuk menghasilkan
RBDPO (Refined Bleached Deodorized Palm Oil) yaitu minyak kelapa sawit hasil
pengilangan, pemutihan, dan penghilangan bau [24, 3].
6
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 Kandungan Gliserida dalam CPO [24]
Gliserida
Komposisi Gliserida (%)
Digliserida
6,32
Trigliserida
93,60
Triunsaturated
OOO
3,90
OOL
1,22
Total
5,12
Monosaturated
PLO
10,02
POO
21,39
OOS
2,78
Total
34,1
Disaturated
MPL
3,03
PPL
9,37
PPO
27,39
POS
5,29
SOS
1,36
Total
46,43
Trisaturated
MMM
0,76
MMP
2,38
PPP
4,81
PPS
-
Total
7,95
Ket: O = Oleat, P = Palmitat, M = Miristat, S = Stearat, L = Linoleat
2.2
VITAMIN E (TOKOFEROL)
Vitamin E merupakan salah satu komponen minor terbesar yang terdapat dalam
CPO dan telah mulai dikenal sejak abad ke-20. Vitamin E yang juga diketahui
sebagai α-tokoferol, merupakan vitamin penting yang banyak ditemukan dalam
7
Universitas Sumatera Utara
material tumbuhan seperti gandum, jagung biji bunga matahari, rapeseed, minyak
kedelai, alfalfa, dan selada [25, 26]. Vitamin E termasuk tokoferol dan tokotrienol,
digolongkan ke dalam senyawa organik yang larut dalam lemak. Karakteristik umum
dari vitamin E adalah adanya cincin 6-kromanol dan rantai samping yang
membentuk 3 unit isoprena. Dasar dari vitamin E adalah golongan tokol, yaitu nama
kimia untuk 2-metil-2-4,8-, 12-trimetiltridesilkroman-6-ol. Terdapat delapan
homolog alami yang termasuk ke dalam golongan vitamin E, di antaranya α-, -, -,
δ-tokoferol yang dikarakterisasikan sebagai rantai samping karbon jenuh dan α-, -,
-, δ-tokotrienol sebagai rantai karbon samping tak jenuh. Tokoferol dan tokotrienol
terdiri dari tiga unit isoprenoid [26].
Komponen vitamin E yang paling aktif secara biologis adalah α-tokoferol.
Komponen α-tokoferol berwarna kuning pucat, cairan kental yang tidak larut dalam
air tetapi larut dalam minyak, lemak, dan beberapa pelarut organik, seperti aseton,
eter, alkohol, dan kloroform. Komponen α-tokoferol dapat terdegradasi karena suhu
dan cahaya. Pada suhu 60 °C pada tekanan atmosfer, α-tokoferol mulai terdegradasi,
dan akan terdegradasi sempurna setelah disimpan selama 30 hari. Pada suhu 100 °C
pada tekanan atmosfer, hanya dibutuhkan waktu selama 100 jam pemanasan untuk
mendegradasi α-tokoferol dengan sempurna [8]. Struktur umum α-tokoferol terdiri
dari tiga gugus CH3 yang dapat dilihat pada Gambar 2.1. Gugus tersebut yang
membedakan antara α-tokoferol dengan tokoferol lainnya. Perbedaan tersebut dapat
dilihat pada Tabel 2.3.
Gambar β.1 Struktur α-Tokoferol [6]
8
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.3 Perbedaan α-, -, -, δ-tokoferol Berdasarkan Posisi Cincin [26]
Nama Trivial
Nama IUPAC
Posisi Cincin
R1
R2
R3
α-tokoferol
5, 7, 8-trimethyltocol
CH3
CH3
CH3
-tokoferol
5,8-dimethyltocol
CH3
H
CH3
-tokoferol
7,8-dimethyltocol
H
CH3
CH3
δ-tokoferol
8-dimethyltocol
H
H
CH3
Vitamin E terutama α-tokoferol merupakan komponen bioaktif yang berperan
penting sebagai antioksidan dan antipenuaan. Komponen α-tokoferol mencegah
terjadinya kerusakan pada membran sel serta mampu menangkap radikal bebas dan
memecah reaksi berantai peroksidasi lemak, sehingga mencegah terjadinya
kerusakan pada lemak. Sebagai antioksidan, α-tokoferol diklaim mampu mengekang
efek dari stres oksidatif, mencegah penyakit jantung, kanker, proses penuaan,
penurunan penglihatan karena usia, alzheimer, ataksia, fibrosis, dan parkinson [5, 6,
7, 8, 9, 10, 11, 12]. Karena fungsinya yang begitu banyak sehingga α-tokoferol
banyak dimanfaatkan pada industri makanan dan obat-obatan [13, 12].
2.3
KARBON AKTIF DARI AMPAS TEH
Karbon aktif
merupakan nama kolektif untuk karbon berpori yang dibuat
berdasarkan perlakuan terhadap char dengan gas pengoksidasi, atau dengan
karbonisasi dari impregnasi material karbon dengan bahan kimia pendehidrasi.
Aplikasi utama dari karbon aktif adalah pada proses adsorpsi. Berdasarkan dari
bentuk fisik, karbon aktif merupakan karbon terkonstitusi, biasanya memiliki ikatan
kimia heteroatom dengan hidrogen dan oksigen dalam jumlah yang kecil. Sifat dari
kabon aktif bergantung kepada bahan baku yang digunakan dalam pembuatannya.
Karbon aktif sendiri, diproduksi secara komersil dari bahan baku yang kaya akan
karbon. Umumnya berasal dari bahan yang mengandung lignoselulosa. Karbon aktif
dapat diaktivasi melalui dua cara yaitu secara fisika (termal) dan kimia. Aktivasi
secara fisika dapat dilakukan dengan dua metode yaitu pirolisis atau karbonasi dari
bahan baku, dan gasifikasi terkontrol dari char. Sedangkan aktivasi secara kimia
umumnya dengan impregnasi menggunakan larutan kimia pendehidrasi seperti asam
9
Universitas Sumatera Utara
fosfat dan zink klorida [27]. Contoh pengaplikasian karbon aktif yang telah
dilakukan antara lain adalah penjerapan α-tokoferol dalam larutan etanol [19] dan
pemurnian mentega dari α-tokoferol [33]
Ampas teh merupakan salah satu bahan baku yang dapat digunakan sebagai
karbon aktif. Beberapa pemanfaatan karbon aktif dari ampas teh diantaranya adalah
sebagai adsorben dalam proses penjerapan kromium [21] dan sebagai superkapasitor
elektroda performa tinggi [32]. Beberapa metode juga telah dilakukan untuk
membuat karbon aktif dari ampas teh, diantaranya adalah aktivasi fisika dengan
penggunaan energi microwave [20] dan aktivasi kimia menggunakan K2CO3 [31].
Namun sampai saat ini belum dilakukan pemanfaatan karbon aktif dari ampas teh
dalam penjerapan α-tokoferol.
2.4
ADSORPSI
Salah satu metode yang dapat digunakan untuk memisahkan α-tokoferol dari
CPO adalah metode adsorpsi. Adsorpsi adalah suatu proses dimana satu atau lebih
komponen dari aliran
gas atau cairan dijerap pada permukaan dari penjerap
(adsorben) padat. Dalam proses komersial, adsorben biasanya berbentuk partikel
kecil yang terletak pada suatu penampang tetap. Fluida dialirkan melalui penampang
tersebut dan partikel padat yang terdapat dalam penampang menjerap komponen dari
fluida tersebut. Ketika penampang hampir jenuh, aliran dalam penampang dihentikan
dan penampang diregenerasi secara termal atau dengan metode lainnya sehingga
terjadi desorpsi [28].
Secara umum proses adsorpsi dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya
[29]:
1. Sifat Adsorben
Sifat adsorben yang memengaruhi tingkah laku dalam interaksi dengan
adsorbat sangat berhubungan dengan luas dan konfigurasi permukaan, dan
ukuran, distribusi, serta intensitas medan listrik pada permukaan
2.
Sifat Adsorbat
Proses adsorpsi juga dipengaruhi oleh sifat adsorbat. Adapun sifat adsorbat
yang memengaruhi terjadinya adsorpsi antara lain:
a. Sifat kimia, bentuk, dan konfigurasi adsorbat.
10
Universitas Sumatera Utara
b. Konstanta disosiasi
c. Kelarutan
d. Distribusi muatan dalam kation organik
e. Ukuran molekul
f. Polarisabilitas
3. Keasaman Permukaan
Keasaman permukaan mungkin adalah sifat yang paling penting dari sistem
tanah atau koloid dalam menentukan tingkat dan sifat adsorpsi dan desorpsi
senyawa organik dasar serta menentukan apakah degradasi kimia asam-katalis
terjadi.
4. Temperatur
Proses adsorpsi adalah proses eksotermis sedangkan desorpsi adalah
endotermis, dan dengan bertambahnya temperatur secara umum akan diduga
terjadi pengurangan proses adsorpsi dan peningkatan proses desorpsi. Hal ini
disebabkan oleh melemahnya gaya tarik menarik antara zat terlarut dengan
permukaan padatan seiring bertambahnya temperatur, dan juga bertanggung
jawab dalam meningkatkan kelarutan zat terlarut dalam pelarut.
5. Potensial Listrik
Medan listrik yang timbul dari kesetimbangan pengisian kation dianggap
bertanggung jawab dalam berbagai fenomena permukaan adsorben. Interaksi
listrik menghasilkan pelemahan dalam beberapa ikatan kimia.
2.5
MEKANISME ADSORPSI
Pada dasarnya adsorpsi dapat terjadi karena beberapa mekanisme. Adapun
mekanisme tersebut antara lain [29]:
1. Adsorpsi Fisika
Adsorpsi fisika melibatkan gaya Van der Waals dari berbagai jenis
interaksi dipol-dipol jarak dekat. Dispersi interaksi (induksi dipol-dipol)
muncul sebagai salah satu faktor penting dalam menentukan gaya Van der
Waals pada molekul sederhana.
2. Adsorpsi Kimia
Adsorpsi kimia terjadi oleh adanya dua mekanisme yaitu:
11
Universitas Sumatera Utara
a. Ion Exchange (Pertukaran Ion)
Pada ion exchange, adsorpsi terjadi karena adanya ionisasi sehingga
menyebabkan adsorbat melekat pada permukaan adsorben sebagai kation.
b. Protonasi
Adsorpsi dapat terjadi karena adanya protonasi di dekat permukaan
adsorben. Aktivitas proton pada suspensi massal dan aktivitas proton pada
atau di dekat permukaan koloid dapat turun secara drastis dan ini
berhubungan dengan keasaman permukaan. Protonasi terjadi karena
adannya transfer penuh muatan dari basa (pendonor elektron) menuju asam
(proton) penerima elektron.
3. Ikatan Hidrogen
Sangat sulit membedakan suatu ikatan hidrogen apakah termasuk ke dalam
adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia. Ikatan hidrogen mirip dengan protonasi
namun memiliki perbedaan. Pada protonasi terjadi perpindahan muatan secara
penuh, sedangkan pada ikatan hidrogen perpindahan muatan hanya terjadi
secara parsial.
4. Koordinasi
Komponen koordinasi atau kompleks logam adalah komponen yang
mengandung atom pusat atau ion, biasanya logam dikelilingi oleh gugus ion
atau molekul. Kompleks terbentuk dari donasi pasangan elektron oleh ligan
dan diterima oleh logam (biasanya ion logam transisi) menghasilkan pengisian
atau separuh pengisian dalam orbital “d”.
2.6
ISOTERM ADSORPSI
Pada proses adsorpsi tokoferol, terdapat beberapa jenis isoterm yang dapat
digunakan yaitu [29, 28]:
1. Persamaan Adsorpsi Langmuir
Persamaan Langmuir diturunkan dari adsorpi gas oleh padatan didasarkan
atas tiga asumsi. Pertama, energi adsorpsi konstan dan tidak terikat oleh
luasnya cakupan permukaan. Kedua, adsorpsi terjadi pada situs lokal dan tidak
adanya interaksi antara molekul adsorbat. Ketiga, kemungkinan adsorpsi
12
Universitas Sumatera Utara
maksimum adalah pada lapisan monomolekuler. Dalam bentuk konsentrasi,
persamaan Langmuir dapat dituliskan seperti pada Persamaan 2.1.
(2.1)
Linierisasi Persamaan 2.1 menghasilkan persamaan linier yang ditunjukkan
oleh Persamaan 2.2.
(
)
(2.2)
Berdasarkan Persamaan 2.2 maka dapat dibuat grafik hubungan antara
sehingga diperoleh persamaan garis lurus dengan slope
vs
dan intersep
.
2. Persamaan Adsorpsi Freundlich
Berdasarkan beberapa observasi sebelumnya diketahui bahwa kebanyakan
data percobaan tidak memenuhi isoterm Langmuir. Freundlich menemukan
bahwa isoterm adsorpsi untuk berbagai larutan dapat disesuaikan dengan
Persamaan 2.3.
(2.3)
Linierisasi Persamaan 2.3 menghasilkan Persamaan 2.4.
(2.4)
Berdasarkan persamaan 2.4 maka dapat dibuat hubungan grafik antara log
Ce vs log qe sehingga diperoleh persamaan garis lurus dengan slope
dan
intersep log KF. Isoterm Freundlich menyatakan bahwa panas pada adsorpsi
menurun secara logaritmik sebagai peningkatan dari fraksi permukaan yang
tertutup.
2.7
KINETIKA ADSORPSI
Model kinetika yang umum digunakan untuk menjelaskan proses adsorpsi
padat-cair adalah model kinetika orde satu semu dan orde dua semu [30]. Persamaan
kinetika pseudo orde satu ditunjukkan oleh Persamaan 2.5.
(2.5)
13
Universitas Sumatera Utara
Bentuk persamaan diferensial tersebut dapat diselesaikan menggunakan
metoda integrasi dengan memasukkan syarat batas dari t = 0 hingga t = t dan qt = 0
hingga qt = qt sehingga diperoleh persamaan hasil integrasi seperti yang ditunjukkan
pada Persamaan 2.6.
(2.6)
Persamaan 2.6 tersebut merupakan persamaan linier yang penyelesaiannya
dilakukan dengan membuat grafik hubungan antara t vs log(qe-qt) dengan slope
dan intersep log(qe). Sedangkan persamaan kinetika pseudo orde dua ditunjukkan
oleh Persamaan 2.7.
(2.7)
Apabila Persamaan 2.7 diintegrasi dengan syarat batas yang sama maka akan
diperoleh bentuk persamaan hasil integrasi seperti pada Persamaan 2.8.
(2.8)
Dengan menyusun ulang Persamaan 2.8, maka akan diperoleh persamaan yang
ditunjukkan oleh Persamaan 2.9.
(2.9)
Berdasarkan persamaan 2.9 maka dapat dibuat grafik dengan menghubungkan
antara t vs
sehingga diperoleh persamaan garis lurus dengan slope
dan intersep
.
14
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
MINYAK KELAPA SAWIT
Pohon kelapa sawit (Elaeis guineensis) merupakan tanaman asli Afrika dan
merupakan tumbuhan tropis [22]. Kelapa sawit
memiliki pohon yang tidak
bercabang dan tergolong dalam keluarga Palmae. Kelapa sawit mampu tumbuh
hingga 20 sampai 30 meter serta memiliki masa hidup ekonomis hingga 25 sampai
30 tahun. Satu tandan kelapa sawit mampu menghasilkan hingga 2.000 buah kelapa
sawit yang total beratnya mencapai 30 sampai 40 kg, yang berwarna gelap ketika
masih muda, dan berubah menjadi oranye kemerahan saat matang. Minyak kelapa
sawit diperoleh dengan mengekstraksi daging buah kelapa sawit yang berwarna
oranye kemerahan yang memiliki kandungan minyak sebesar 45-55% [23]. Minyak
kelapa sawit merupakan salah satu minyak utama yang diperdagangkan dalam
perdagangan minyak dan lemak di dunia dan Indonesia merupakan salah satu negara
penghasil minyak kelapa sawit terbesar di dunia [1, 2]. Dua jenis minyak kelapa
sawit yang berbeda dihasilkan dari buah kelapa sawit yaitu Palm Kernel Oil (PKO)
dan Crude Palm Oil (CPO) [23].
Palm kernel oil merupakan minyak minor yang diperoleh dari biji buah kelapa
sawit yang mengandung sekitar 50% minyak. PKO dapat dihidrogenasi untuk
digunakan langsung ataupun sebagai campuran minyak lainnya. PKO banyak
digunakan sebagai minyak goreng, adonan biskuit, bahan manisan dan panggangan,
es krim, mayones, pengganti cokelat, pembuatan sabun mandi, sabun bubuk, dan
detergen. Ampas hasil ekstraksi PKO mengandung 19,5% protein yang dapat
digunakan sebagai pakan ternak. PKO berwarna kuning muda pekat, memiliki rasa
dan aroma yang mirip dengan minyak kelapa, dan mengandung laurat jenuh dan
asam miristat dalam proporsi yang tinggi [23].
Sedangkan crude palm oil
merupakan minyak segar yang diperoleh dari
mesokarp buah kelapa sawit [24]. Untuk mendapatkan CPO dari buah kelapa sawit
diperlukan beberapa proses yaitu pemasakan, pemerasan, dan pemurnian [3]. CPO
5
Universitas Sumatera Utara
mengandung 50% asam lemak jenuh dan 50% asam lemak tak jenuh [24].
Kandungan asam lemak pada CPO ditunjukkan pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Kandungan Asam Lemak CPO [24]
Asam Lemak
Jenuh
Komposisi Asam Lemak
(%)
Tak Jenuh
Miristat
0,93
Palmitat
45,48
Stearat
3,49
Oleat
40,17
Linoleat
9,92
Selain mengandung asam lemak, CPO juga mengandung trigliserida.
Trigliserida merupakan komponen gliserida tertinggi yang terkandung dalam CPO
[24]. Secara umum komponen gliserida yang terkandung dalam CPO ditunjukkan
pada Tabel 2.2.
CPO juga mengandung 1% komponen minor termasuk karotenoid, tokoferol,
sterol, triterpen, fosfolipid, glikolipid, terpenik, hidrokarbon alifatik, dan pengotor
lainnya. Tokoferol merupakan komponen minor yang paling banyak dikandung
dalam CPO. Dalam CPO, besarnya kandungan karotenoid berkisar antara 500-700
ppm dan kandungan tokoferol dan tokotrienol berkisar antara 600-1000 ppm [4].
CPO memerlukan proses yang ekstensif sebelum sampai pada konsumen. Salah
satunya adalah proses pengilangan untuk menghilangkan komponen minor yang
terdapat dalam CPO. Proses yang ekstensif ini bertujuan untuk menghasilkan
RBDPO (Refined Bleached Deodorized Palm Oil) yaitu minyak kelapa sawit hasil
pengilangan, pemutihan, dan penghilangan bau [24, 3].
6
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 Kandungan Gliserida dalam CPO [24]
Gliserida
Komposisi Gliserida (%)
Digliserida
6,32
Trigliserida
93,60
Triunsaturated
OOO
3,90
OOL
1,22
Total
5,12
Monosaturated
PLO
10,02
POO
21,39
OOS
2,78
Total
34,1
Disaturated
MPL
3,03
PPL
9,37
PPO
27,39
POS
5,29
SOS
1,36
Total
46,43
Trisaturated
MMM
0,76
MMP
2,38
PPP
4,81
PPS
-
Total
7,95
Ket: O = Oleat, P = Palmitat, M = Miristat, S = Stearat, L = Linoleat
2.2
VITAMIN E (TOKOFEROL)
Vitamin E merupakan salah satu komponen minor terbesar yang terdapat dalam
CPO dan telah mulai dikenal sejak abad ke-20. Vitamin E yang juga diketahui
sebagai α-tokoferol, merupakan vitamin penting yang banyak ditemukan dalam
7
Universitas Sumatera Utara
material tumbuhan seperti gandum, jagung biji bunga matahari, rapeseed, minyak
kedelai, alfalfa, dan selada [25, 26]. Vitamin E termasuk tokoferol dan tokotrienol,
digolongkan ke dalam senyawa organik yang larut dalam lemak. Karakteristik umum
dari vitamin E adalah adanya cincin 6-kromanol dan rantai samping yang
membentuk 3 unit isoprena. Dasar dari vitamin E adalah golongan tokol, yaitu nama
kimia untuk 2-metil-2-4,8-, 12-trimetiltridesilkroman-6-ol. Terdapat delapan
homolog alami yang termasuk ke dalam golongan vitamin E, di antaranya α-, -, -,
δ-tokoferol yang dikarakterisasikan sebagai rantai samping karbon jenuh dan α-, -,
-, δ-tokotrienol sebagai rantai karbon samping tak jenuh. Tokoferol dan tokotrienol
terdiri dari tiga unit isoprenoid [26].
Komponen vitamin E yang paling aktif secara biologis adalah α-tokoferol.
Komponen α-tokoferol berwarna kuning pucat, cairan kental yang tidak larut dalam
air tetapi larut dalam minyak, lemak, dan beberapa pelarut organik, seperti aseton,
eter, alkohol, dan kloroform. Komponen α-tokoferol dapat terdegradasi karena suhu
dan cahaya. Pada suhu 60 °C pada tekanan atmosfer, α-tokoferol mulai terdegradasi,
dan akan terdegradasi sempurna setelah disimpan selama 30 hari. Pada suhu 100 °C
pada tekanan atmosfer, hanya dibutuhkan waktu selama 100 jam pemanasan untuk
mendegradasi α-tokoferol dengan sempurna [8]. Struktur umum α-tokoferol terdiri
dari tiga gugus CH3 yang dapat dilihat pada Gambar 2.1. Gugus tersebut yang
membedakan antara α-tokoferol dengan tokoferol lainnya. Perbedaan tersebut dapat
dilihat pada Tabel 2.3.
Gambar β.1 Struktur α-Tokoferol [6]
8
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.3 Perbedaan α-, -, -, δ-tokoferol Berdasarkan Posisi Cincin [26]
Nama Trivial
Nama IUPAC
Posisi Cincin
R1
R2
R3
α-tokoferol
5, 7, 8-trimethyltocol
CH3
CH3
CH3
-tokoferol
5,8-dimethyltocol
CH3
H
CH3
-tokoferol
7,8-dimethyltocol
H
CH3
CH3
δ-tokoferol
8-dimethyltocol
H
H
CH3
Vitamin E terutama α-tokoferol merupakan komponen bioaktif yang berperan
penting sebagai antioksidan dan antipenuaan. Komponen α-tokoferol mencegah
terjadinya kerusakan pada membran sel serta mampu menangkap radikal bebas dan
memecah reaksi berantai peroksidasi lemak, sehingga mencegah terjadinya
kerusakan pada lemak. Sebagai antioksidan, α-tokoferol diklaim mampu mengekang
efek dari stres oksidatif, mencegah penyakit jantung, kanker, proses penuaan,
penurunan penglihatan karena usia, alzheimer, ataksia, fibrosis, dan parkinson [5, 6,
7, 8, 9, 10, 11, 12]. Karena fungsinya yang begitu banyak sehingga α-tokoferol
banyak dimanfaatkan pada industri makanan dan obat-obatan [13, 12].
2.3
KARBON AKTIF DARI AMPAS TEH
Karbon aktif
merupakan nama kolektif untuk karbon berpori yang dibuat
berdasarkan perlakuan terhadap char dengan gas pengoksidasi, atau dengan
karbonisasi dari impregnasi material karbon dengan bahan kimia pendehidrasi.
Aplikasi utama dari karbon aktif adalah pada proses adsorpsi. Berdasarkan dari
bentuk fisik, karbon aktif merupakan karbon terkonstitusi, biasanya memiliki ikatan
kimia heteroatom dengan hidrogen dan oksigen dalam jumlah yang kecil. Sifat dari
kabon aktif bergantung kepada bahan baku yang digunakan dalam pembuatannya.
Karbon aktif sendiri, diproduksi secara komersil dari bahan baku yang kaya akan
karbon. Umumnya berasal dari bahan yang mengandung lignoselulosa. Karbon aktif
dapat diaktivasi melalui dua cara yaitu secara fisika (termal) dan kimia. Aktivasi
secara fisika dapat dilakukan dengan dua metode yaitu pirolisis atau karbonasi dari
bahan baku, dan gasifikasi terkontrol dari char. Sedangkan aktivasi secara kimia
umumnya dengan impregnasi menggunakan larutan kimia pendehidrasi seperti asam
9
Universitas Sumatera Utara
fosfat dan zink klorida [27]. Contoh pengaplikasian karbon aktif yang telah
dilakukan antara lain adalah penjerapan α-tokoferol dalam larutan etanol [19] dan
pemurnian mentega dari α-tokoferol [33]
Ampas teh merupakan salah satu bahan baku yang dapat digunakan sebagai
karbon aktif. Beberapa pemanfaatan karbon aktif dari ampas teh diantaranya adalah
sebagai adsorben dalam proses penjerapan kromium [21] dan sebagai superkapasitor
elektroda performa tinggi [32]. Beberapa metode juga telah dilakukan untuk
membuat karbon aktif dari ampas teh, diantaranya adalah aktivasi fisika dengan
penggunaan energi microwave [20] dan aktivasi kimia menggunakan K2CO3 [31].
Namun sampai saat ini belum dilakukan pemanfaatan karbon aktif dari ampas teh
dalam penjerapan α-tokoferol.
2.4
ADSORPSI
Salah satu metode yang dapat digunakan untuk memisahkan α-tokoferol dari
CPO adalah metode adsorpsi. Adsorpsi adalah suatu proses dimana satu atau lebih
komponen dari aliran
gas atau cairan dijerap pada permukaan dari penjerap
(adsorben) padat. Dalam proses komersial, adsorben biasanya berbentuk partikel
kecil yang terletak pada suatu penampang tetap. Fluida dialirkan melalui penampang
tersebut dan partikel padat yang terdapat dalam penampang menjerap komponen dari
fluida tersebut. Ketika penampang hampir jenuh, aliran dalam penampang dihentikan
dan penampang diregenerasi secara termal atau dengan metode lainnya sehingga
terjadi desorpsi [28].
Secara umum proses adsorpsi dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya
[29]:
1. Sifat Adsorben
Sifat adsorben yang memengaruhi tingkah laku dalam interaksi dengan
adsorbat sangat berhubungan dengan luas dan konfigurasi permukaan, dan
ukuran, distribusi, serta intensitas medan listrik pada permukaan
2.
Sifat Adsorbat
Proses adsorpsi juga dipengaruhi oleh sifat adsorbat. Adapun sifat adsorbat
yang memengaruhi terjadinya adsorpsi antara lain:
a. Sifat kimia, bentuk, dan konfigurasi adsorbat.
10
Universitas Sumatera Utara
b. Konstanta disosiasi
c. Kelarutan
d. Distribusi muatan dalam kation organik
e. Ukuran molekul
f. Polarisabilitas
3. Keasaman Permukaan
Keasaman permukaan mungkin adalah sifat yang paling penting dari sistem
tanah atau koloid dalam menentukan tingkat dan sifat adsorpsi dan desorpsi
senyawa organik dasar serta menentukan apakah degradasi kimia asam-katalis
terjadi.
4. Temperatur
Proses adsorpsi adalah proses eksotermis sedangkan desorpsi adalah
endotermis, dan dengan bertambahnya temperatur secara umum akan diduga
terjadi pengurangan proses adsorpsi dan peningkatan proses desorpsi. Hal ini
disebabkan oleh melemahnya gaya tarik menarik antara zat terlarut dengan
permukaan padatan seiring bertambahnya temperatur, dan juga bertanggung
jawab dalam meningkatkan kelarutan zat terlarut dalam pelarut.
5. Potensial Listrik
Medan listrik yang timbul dari kesetimbangan pengisian kation dianggap
bertanggung jawab dalam berbagai fenomena permukaan adsorben. Interaksi
listrik menghasilkan pelemahan dalam beberapa ikatan kimia.
2.5
MEKANISME ADSORPSI
Pada dasarnya adsorpsi dapat terjadi karena beberapa mekanisme. Adapun
mekanisme tersebut antara lain [29]:
1. Adsorpsi Fisika
Adsorpsi fisika melibatkan gaya Van der Waals dari berbagai jenis
interaksi dipol-dipol jarak dekat. Dispersi interaksi (induksi dipol-dipol)
muncul sebagai salah satu faktor penting dalam menentukan gaya Van der
Waals pada molekul sederhana.
2. Adsorpsi Kimia
Adsorpsi kimia terjadi oleh adanya dua mekanisme yaitu:
11
Universitas Sumatera Utara
a. Ion Exchange (Pertukaran Ion)
Pada ion exchange, adsorpsi terjadi karena adanya ionisasi sehingga
menyebabkan adsorbat melekat pada permukaan adsorben sebagai kation.
b. Protonasi
Adsorpsi dapat terjadi karena adanya protonasi di dekat permukaan
adsorben. Aktivitas proton pada suspensi massal dan aktivitas proton pada
atau di dekat permukaan koloid dapat turun secara drastis dan ini
berhubungan dengan keasaman permukaan. Protonasi terjadi karena
adannya transfer penuh muatan dari basa (pendonor elektron) menuju asam
(proton) penerima elektron.
3. Ikatan Hidrogen
Sangat sulit membedakan suatu ikatan hidrogen apakah termasuk ke dalam
adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia. Ikatan hidrogen mirip dengan protonasi
namun memiliki perbedaan. Pada protonasi terjadi perpindahan muatan secara
penuh, sedangkan pada ikatan hidrogen perpindahan muatan hanya terjadi
secara parsial.
4. Koordinasi
Komponen koordinasi atau kompleks logam adalah komponen yang
mengandung atom pusat atau ion, biasanya logam dikelilingi oleh gugus ion
atau molekul. Kompleks terbentuk dari donasi pasangan elektron oleh ligan
dan diterima oleh logam (biasanya ion logam transisi) menghasilkan pengisian
atau separuh pengisian dalam orbital “d”.
2.6
ISOTERM ADSORPSI
Pada proses adsorpsi tokoferol, terdapat beberapa jenis isoterm yang dapat
digunakan yaitu [29, 28]:
1. Persamaan Adsorpsi Langmuir
Persamaan Langmuir diturunkan dari adsorpi gas oleh padatan didasarkan
atas tiga asumsi. Pertama, energi adsorpsi konstan dan tidak terikat oleh
luasnya cakupan permukaan. Kedua, adsorpsi terjadi pada situs lokal dan tidak
adanya interaksi antara molekul adsorbat. Ketiga, kemungkinan adsorpsi
12
Universitas Sumatera Utara
maksimum adalah pada lapisan monomolekuler. Dalam bentuk konsentrasi,
persamaan Langmuir dapat dituliskan seperti pada Persamaan 2.1.
(2.1)
Linierisasi Persamaan 2.1 menghasilkan persamaan linier yang ditunjukkan
oleh Persamaan 2.2.
(
)
(2.2)
Berdasarkan Persamaan 2.2 maka dapat dibuat grafik hubungan antara
sehingga diperoleh persamaan garis lurus dengan slope
vs
dan intersep
.
2. Persamaan Adsorpsi Freundlich
Berdasarkan beberapa observasi sebelumnya diketahui bahwa kebanyakan
data percobaan tidak memenuhi isoterm Langmuir. Freundlich menemukan
bahwa isoterm adsorpsi untuk berbagai larutan dapat disesuaikan dengan
Persamaan 2.3.
(2.3)
Linierisasi Persamaan 2.3 menghasilkan Persamaan 2.4.
(2.4)
Berdasarkan persamaan 2.4 maka dapat dibuat hubungan grafik antara log
Ce vs log qe sehingga diperoleh persamaan garis lurus dengan slope
dan
intersep log KF. Isoterm Freundlich menyatakan bahwa panas pada adsorpsi
menurun secara logaritmik sebagai peningkatan dari fraksi permukaan yang
tertutup.
2.7
KINETIKA ADSORPSI
Model kinetika yang umum digunakan untuk menjelaskan proses adsorpsi
padat-cair adalah model kinetika orde satu semu dan orde dua semu [30]. Persamaan
kinetika pseudo orde satu ditunjukkan oleh Persamaan 2.5.
(2.5)
13
Universitas Sumatera Utara
Bentuk persamaan diferensial tersebut dapat diselesaikan menggunakan
metoda integrasi dengan memasukkan syarat batas dari t = 0 hingga t = t dan qt = 0
hingga qt = qt sehingga diperoleh persamaan hasil integrasi seperti yang ditunjukkan
pada Persamaan 2.6.
(2.6)
Persamaan 2.6 tersebut merupakan persamaan linier yang penyelesaiannya
dilakukan dengan membuat grafik hubungan antara t vs log(qe-qt) dengan slope
dan intersep log(qe). Sedangkan persamaan kinetika pseudo orde dua ditunjukkan
oleh Persamaan 2.7.
(2.7)
Apabila Persamaan 2.7 diintegrasi dengan syarat batas yang sama maka akan
diperoleh bentuk persamaan hasil integrasi seperti pada Persamaan 2.8.
(2.8)
Dengan menyusun ulang Persamaan 2.8, maka akan diperoleh persamaan yang
ditunjukkan oleh Persamaan 2.9.
(2.9)
Berdasarkan persamaan 2.9 maka dapat dibuat grafik dengan menghubungkan
antara t vs
sehingga diperoleh persamaan garis lurus dengan slope
dan intersep
.
14
Universitas Sumatera Utara