3 METODE PENELITIAN 3.1 Kerangka Pemikiran Penggunaan pati sebagai bahan baku dalam proses sintesis APG harus melalui dua tahapan yaitu butanolisis dan transasetalisasi. Pada butanolisis terjadi hidrolisis pati menjadi gula sederhana kemudian dilanjutkan dengan proses alkoholisis membentuk butil glikosida. Namun tidak semua produk hasil hidrolisis pati membentuk butil glikosida, sehingga terdapat residu gula yang tidak ikut bereaksi dengan butanol. Proses butanolisis berlangsung dengan bantuan katalis asam (PTSA) dan menggunakan suhu yang tinggi. Kondisi asam dan suhu tinggi diperlukan untuk menghidrolisis pati dan membentuk butil glikosida, namun kondisi asam dan suhu tinggi dapat menyebabkan dehidrasi pada gula menjadi HMF yang menyebabkan warna gelap. Oleh karena itu diperlukan penambahan katalis dan perlakuan suhu yang tepat untuk dapat meminimalkan residu gula namun masih menghasilkan warna dengan tingkat kejernihan yang masih tinggi. Residu gula yang tidak bereaksi dan pembentukan warna gelap pada tahap butanolisis harus diminimalkan untuk menghindari terbentuknya polidekstrosa selama proses transasetalisasi dan meningkatkan tingkat kejernihan produk APG. Pada proses transasetalisasi, butil glikosida akan direaksikan dengan alkohol lemak C12 untuk membentuk APG. Residu gula yang terdapat dalam larutan dari hasil butanolisis juga mampu berikatan dengan alkohol lemak membentuk APG, namun karena perbedaan kelarutan maka gula sederhana lebih mudah untuk saling berikatan satu sama lainnya membentuk endapan polidekstrosa. Polidekstrosa merupakan produk sekunder yang tidak diharapkan karena merupakan salah satu penyebab warna gelap pada produk APG dan dapat menurunkan kinerja APG. Pada tahap pemurnian dilakukan pemisahan polidekstrosa dengan penyaringan. Untuk meningkatkan kejernihan produk diberikan perlakuan penambahan arang aktif. Sebelum tahap distilasi, residu glukosa yang masih tersisa akan diubah menjadi sorbitol dengan menggunakan senyawa hidrogenasi seperti NaBH4. Sorbitol memiliki sifat yang lebih tahan panas dan stabil dalam kondisi asam maupun basa (Lueders 2000), sehingga dapat menghindari terbentuknya HMF akibat rusaknya glukosa karena suhu yang tinggi selama proses distilasi.
3.2 Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknologi Proses, Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Penelitian ini dilaksanakan pada pada bulan Februari 2010- Agustus 2010.
3.3 Alat dan Bahan Peralatan yang digunakan meliputi reaktor double jacket yang dilengkapi dengan termostat, agitator dan motor, kondesor, pompa vakum, magnetic stirrer, oven, Cole-parmer surface tensiometer, vortex mixer, pH meter, hot plate, termometer, Spectrofotometer, serta peralatan gelas. Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah : tapioka, dodekanol (alkohol lemak C12), butanol, MgO, DMSO, NaOH, H2O2, p-toluena sulfonic acid, aquades, xylene, piridina, benzena, larutan DNS, larutan fenol, glukosa standar, H2SO4, NaBH4, arang aktif, span 20, tween 80, dan asam oleat.
3.4 Metode Penelitian 3.4.1 Tahap 1. Penentuan rasio mol katalis dan suhu proses butanolisis Tahapan ini adalah tahap butanolisis dengan penambahan butanol dengan rasio mol 8,5:1 mol pati dan H2O dengan rasio mol 8:1 mol pati. Proses butanolisis berlangsung selama 30 menit dengan tekanan 6-8 kg/cm2 dan kecepatan pengadukan 200 rpm (Wuest et al. 1992). Gambar 7 menunjukkan diagram alir dari proses butanolisi pada tahap pertama. Untuk meningkatkan efisiensi proses ditambahkan p-toluena sulfonic acid (PTSA) yang berfungsi sebagai katalis dan memberikan suasana asam. Suhu yang tinggi juga diperlukan selama proses butanolisis. Pada tahap ini akan dikaji perbandingan rasio mol katalis: pati dan suhu yang berbeda. Rancangan percobaan pada tahap pertama menggunakan Rancangan Acak Lengkap dengan 2 faktor yaitu rasio mol katalis dan suhu reaksi:
Rasio mol katalis terdiri dari 3 taraf yaitu: A1 A2 A3
= 0,018 mol/mol pati = 0,027 mol/mol pati = 0,036 mol/mol pati
Suhu reaksi terdiri dari 2 taraf yaitu: B1 = 140 OC B2 = 150 OC Percobaan dilakukan 2 kali ulangan. Data yang diperoleh dianalisis dengan menggunakan Anova, untuk mengetahui perbedaan pengaruh faktor yang dicobakan, maka dilakukan uji Jarak Berganda menurut Duncan pada taraf nyata 5%. Model matematika dalam percobaan ini sebagai berikut: Yijk = µ + Ai + Bj + (AB)ij + ɛijk Keterangan: Yijk = Variabel respon/hasil pengamatan µ = Pengaruh rata-rata sebenarnya (rata-rata umum) Ai = Pengaruh faktor A (rasio mol katalis) taraf ke-i (i=1,2,3) Bj = Pengaruh faktor B (suhu reaksi) tarf ke-j (j=1,2) (AB)ij = Pengaruh interaksi antara faktor A taraf ke-i dan faktor B taraf ke-j ɛijk = Pengaruh galat faktor A taraf ke-i, faktor B taraf ke-j, dan ulangan ke-k (k=1,2) Hasil dari butanolisis kemudian dianalisis residu gula pereduksi, residu total gula, dan kecerahan. Prosedur analisa disajikan pada Lampiran 1. Hasil rasio mol katalis dan perlakuan suhu terbaik kemudian akan digunakan pada proses sintesis pada tahap selanjutnya. AIR
n-Butanol
Tapioka
(8 mol)
(8,5 mol)
(1 mol)
BUTANOLISIS Katalis (0,018; 0,027; 0,036 mol)
P : 6-8 Kg/cm2 T : 140 OC dan 150 OC t : 30 menit 200 RPM
Butil glikosida, residu gula, air, dan butanol
ANALISA Kejernihan, gula reduksi, dan total gula
Gambar 7 Diagram alir proses butanolisis tahap pertama
3.4.2
Tahap 2. Tahap produksi APG (proses sintesis dan proses pemurnian)
3.4.2.1 Proses Sintesis APG (proses butanolisi dan proses transasetalisasi) Hasil rasio mol katalis dan suhu terbaik pada proses butanolisis yang dilakukan di tahap pertama kemudian akan digunakan pada proses sintesis APG. Pada proses butanolisis ditambahkan butanol dengan rasio mol 8,5 : 1 mol pati dan H2O dengan rasio mol 8 : 1 mol pati. Lama reaksi butanolisis yaitu 30 menit pada tekanan 6-8 kg/cm2 dan kecepatan pengadukan 200 rpm.
Pada proses
transasetalisasi ditambahkan alkohol lemak C12 dengan perbandingan rasio mol alkohol lemak : pati yaitu 5 : 1. Suhu reaksi 115 OC – 120 OC selama 2 jam, dalam keadaan vakum (-15 cmHg) dan kecepatan pengadukan 200 rpm (Merupakan modifikasi metode Wuest et al. (1992)). Hasil dari tahap ini akan dihitung jumlah gula yang tidak bereaksi sebagai total gula pereduksi. Prosedur analisa dapat dilihat pada Lampiran 1. 3.4.2.2 Proses pemurnian APG (penyaringan, netralisasi, distilasi dan bleaching) Proses pemurnian terdiri dari tahap penyaringan untuk memisahkan polidesktrosa, netralisasi untuk menghentikan proses transasetaslisasi, distilasi untuk memisahkan alkohol lemak yang tidak ikut bereaksi, dan pemucatan untuk meningkatkan warna APG. Setelah proses transasetalisasi dilakukan penyaringan untuk memisahkan endapan
polidekstrosa
yang
terbentuk.
Penyaringan
dilakukan
menggunakan kain saring setelah larutan mencapai suhu 80
O
dengan
C. Kemudian
dilakukan proses netralisasi pada suhu 80 OC dengan menggunakan NaOH hingga mencapai pH 9 (Wuest et al. 1992). Setelah dinetralisasi kemudian dilakukan penambahan arang aktif yang berfungsi sebagai adsorben dari warna gelap. Pada penambahan arang aktif dilakukan pengadukan selama 1 jam pada suhu 30 OC. Kemudian larutan disentrifugasi 3000 rpm selama 30 menit dan disaring vakum untuk memisahkan arang aktif (Lueders 1991).
Dilakukan juga penambahan
NaBH4 untuk mengubah sisa glukosa menjadi sorbitol. Kemudian dilanjutkan ke tahap distilasi untuk menghilangkan alkohol lemak yang tidak bereaksi pada suhu 140-160 OC. Hasil yang diperoleh yang berupa APG kasar kemudian dilarutkan dengan menggunakan air dengan konsentrasi 50%, kemudian dipucatkan dengan
menggunakan H2O2 dengan konsentrasi 35% sebanyak 2%
(b/b) dari berat
larutan dan penambahan magnesium oksida 500 ppm pada suhu 70 OC selama 1 jam (McCurry et al. 1994). Gambar 8 menunjukkan diagram alir tahap produksi APG. Tahap pemurnian mengkaji pengaruh penambahan arang aktif dan NaBH4 setelah proses netralisasi. Rancangan percobaan pada tahapan pemurnian menggunakan Rancangan Acak Lengkap dengan 2 faktor yaitu konsentrasi arang aktif dan konsentrasi NaBH4 : Konsentrasi arang aktif terdiri dari 3 taraf yaitu : A1 = 0% A1 = 5% A2 = 10% Konsentrasi NaBH4 terdiri dari 4 taraf yaitu : B1 = 0% B2 = 0,1% B3 = 0,2% B4 = 0,3% Percobaan dilakukan 2 kali ulangan. Data yang diperoleh dianalisis dengan menggunakan Anova, untuk mengetahui perbedaan pengaruh faktor yang dicobakan, maka dilakukan uji Jarak Berganda menurut Duncan pada taraf nyata 5%. Model matematika dalam percobaan ini sebagai berikut : Yijk = µ + Ai + Bj + (AB)ij + ɛijk Keterangan : Yijk = Variabel respon/hasil pengamatan µ = Pengaruh rata-rata sebenarnya (rata-rata umum) Ai = Pengaruh faktor A (konsentarsi arang aktif) taraf ke-i (i=1,2,3) Bj = Pengaruh faktor B (konsentrasi NaBH4) taraf ke-j (j=1,2,3,4) (AB)ij = Pengaruh interaksi antara faktor T taraf ke-i dan faktor B taraf ke-j ɛijk = Pengaruh galat faktor A taraf ke-i, faktor B taraf ke-j, dan ulangan ke-k (k=1,2) Hasil dari proses tahapan produksi APG kemudian dianalisa rendemen dan kejernihan produk yang dihasilkan. Prosedur analisa disajikan pada Lampiran 1.
3.4.3 Tahap 3. Karakterisasi
Tiap sampel kemudian dianalisa tegangan permukaan, tegangan antar muka, kestabilan emulsi, kestabilan busa, gugus fungsi dan HLB. kemudian hasil terbaiknya dibandingkan dengan APG komersial. Prosedur karakterisasi produk disajikan pada Lampiran 1. Nilai karakterisasi kemudian dibandingkan dengan APG komersial. AIR
n-Butanol
Tapioka
(8 mol)
(8,5 mol)
(1 mol)
BUTANOLISIS Katalis Terbaik dari tahap 1
P : 6-8 Kg/cm2 T : Suhu terbaik dari tahap 1 t : 30 menit 200 RPM
Butil glicoside, residu gula, air, dan butanol Fatty Alcohol C12 5 mol/1 mol pati
Katalis (50% dari mol butanolisis)
TRANSASETALISASI P : -15 cmHg T : 115-120 OC t : 120 menit 200 RPM
Butanol, air
Penyaringan T : 80 OC
Endapan Polidekstrosa
NETRALISASI setelah pendinginan hingga suhu 80OC (30 menit) pada tekanan 1 ATM hingga mencapai pH 9
NaOH 50%
Penambahan arang aktif 0%; 5%; 10%
Sentrifugasi 3000 rpm selama 30 menit dan penyaringan vakum
Arang Aktif
Penambahan NaBH4 0%; 0,1%; 0,2%; 0,3%
DISTILASI P : -76 cmHg T : 140 – 160 OC
fatty alcohol
APG KASAR
H2O2 2% Dan MgO (500 ppm)
Air (50% b/b) T : 70OC
BLEACHING P : 1-2 Bar, T : 70OC, t : 30 menit
APG MURNI
ANALISA Kejernihan, tegangan antar muka, tegangan permukaan, kestabilan emulsi, rendemen, Gugus fungsi (FTIR), HLB
Gambar 8 Diagram alir proses produksi APG
