Bab I Pendahuluan
1.1 Latar Belakang Masalah Monogliserida (monoasilgliserol) merupakan senyawa kimia penting dari turunan komersil yang digunakan dalam industri makanan, kosmetik, farmasi, pelumas. Monogliserida digunakan dalam banyak aplikasi sebagai surfaktan, terutama sebagai pengemulsi dalam makanan, kosmetik dan farmasi. Monoasilgliserol merupakan bahan emulsifier yang digunakan dalam proses produksi bahan pangan berlemak seperti margarin, mentega kacang, roti, biskuit dan eskrim. Secara keseluruhan, kelompok surfaktan ini sangat penting digunakan dalam industri makanan, dimana 75% dari total produksi pengemulsi. Monogliserida mempunyai nilai ekonomi yang relatif tinggi dan mempunyai prospek pasar yang cerah di era pasar global. Diprediksi kebutuhan monogliserida sebagai emulsifier pangan pada era pasar global dunia berkisar 132.000 ton/tahun. Saat ini kebutuhan monogliserida masih banyak yang diperoleh dari impor. Monogliserida biasanya diproduksi melalui gliserolisis dari lemak atau minyak yang dapat dimakan, tetapi dapat juga dengan esterifikasi dari asam lemak dengan gliserol, dengan atau tanpa produk didistilasi molekular. Lemak atau minyak yang dapat digunakan dalam proses sintesa monoasilgliserol dapat berupa minyak kelapa, minyak kelapa sawit, minyak kedelai, minyak jagung, minyak bunga matahari dan minyak nabati lainnya. Selain itu monogliserida dapat disintesa dari trigliserida melalui berbagai proses. Sejak tahun 1946, reaksi gliserolisis sudah dilakukan oleh Feuge dan Bailey dengan menggunakan katalis alkali (NaOH) dalam kinetika kimianya. Kemudian pada tahun 2002, Archer Daniels Midland melakukan reaksi gliserolisis dengan menggunakan katalis CH3COOK. Dan pada tahun 1996, Owen R menggunakan reagen Grignard melalui proses deasilasi kimia . Selain itu, monogliserida juga dapat disintesis dengan menggunakan bantuan enzim lipase seperti 1,3-
1
regioselektif lipase terkekang yang mampu mensintesis 1,3-digliserida dari gliserol dan asam lemak bebas dengan perolehan yang besar (Watanabe, 2004). Monogliserida dapat dihasilkan dari berbagai macam minyak nabati melalui pengubahan trigliserida yang terkandung dalam minyak nabati dalam jumlah yang besar. Indonesia memiliki kekayaan alam nabati yang sangat beragam dan dapat digunakan sebagai bahan baku sintesa monogliserida. Produktivitas sumber minyak nabati yang paling besar adalah sawit dan kelapa. Indonesia merupakan salah satu negara penghasil kelapa terbesar di dunia, yang memiliki areal tanaman kelapa sekitar 3,712 juta ha. Perkembangan kelapa di Indonesia terus meningkat, pada tahun 1968 tercatat luas areal kelapa mencapai 1,595 juta ha dan meningkat menjadi 3,712 juta ha pada tahun 1999 atau sebesar hampir 2,3 kali lipat, dan diperkirakan akan terus meningkat setiap tahunnya. Sedangkan untuk produksi minyak kelapa sawit, Indonesia selalu mengalami peningkatan dari tahun ke tahun yang saat ini menempati urutan produksi dunia kedua
setelah Malaysia.
Direktorat Jendral Perkebunan (1995) memperkirakan produksi pada tahun 2000 mencapai 7.465.000 ton dan pada tahun 2010 Indonesia akan menempati urutan pertama produksi minyak sawit dunia dengan produksi 12.293.000 ton. Tabel I.1. menampilkan kuantitas produksi berbagai minyak nabati yang diproduksi dalam negeri per tahun. Tabel I.1. Produktivitas Berbagai Sumber Lemak Pangan Nabati, Soerawidjaja (2005). Nama Indonesia Sawit Kelapa Alpokat K. Brazil K. macadam K. pecan Jarak kaliki Zaitun Kanola
Nama Inggris Oil palm Coconut Avocado Brazil nut Macadamia nut Pecan nut Castor Olive Rapeseed
2
Nama Latin Elaeis guineensis Cocos nucifera Persea Americana Bertholletia excelsa Macadamia ternif. Carya pecan Ricinus communis Olea europea Brassica napus
kg/ha/thn 5000 2260 2217 2010 1887 1505 1188 1019 1000
Peningkatan produksi akan memberikan dampak yang sangat berarti terhadap pendapatan masyarakat Indonesia pada umumnya, khususnya para petani sawit. Jika peningkatan diikuti dengan upaya peningkatan nilai ekonomi minyak sawit melalui peningkatan daya guna yang menghasilkan produk yang berniali ekonomi relatif tinggi. Dengan mempertimbangkan potensi minyak sawit tersebut (baik kuantitas dan kualitasnya), nilai ekonomi dan kebutuhan industri akan monoasilgliserol dalam negri saat ini, maka layak untuk dikaji lebih lanjut studi teknologi pengolahan minyak kelapa sawit untuk menghasilkan produk tersebut. I.2 Perumusan Masalah Ada beberapa rute pembuatan monogliserida, diantaranya melalui reaksi gliserolisis, enzimatik dan deasilasi kimia. Dalam penelitian ini, rute pembuatan monogliserida yang digunakan adalah reaksi gliserolisis trigliserida. Alasan pemilihan reaksi gliserolisis antara lain reaksi gliserolisis lebih sederhana dan produk yang dihasilkan bervariasi. Reaksi gliserolisis lebih sederhana dan ekonomis karena tidak memerlukan proses hidrolisis lemak menjadi asam lemak, pemisahan asam-asam lemak, pemurnian, dan langkah-langkah esterifikasi selektif seperti pada metode enzimatik. Reaksi gliserolisis memungkinkan dihasilkannya produk yang lebih bervariasi. Produk yang dapat dihasilkan melalui reaksi enzimatik terbatas karena adanya batasan stabilitas termal enzim dan resiko terjadinya migrasi gugus asil dalam reaksi enzimatik pada temperatur tinggi. Migrasi gugus asil dapat menyebabkan pembentukan trigliserida kembali dan perubahan rasio posisi isomer. Bailey dkk. (1946) melakukan reaksi transesterifikasi untuk menghasilkan monogliserida yaitu dengan mereaksikan trigliserida dari cottonseed oil dan gliserol. Reaksi berlangsung pada temperatur 200
0
C dalam bejana gelas
berpengaduk dan berada pada tekanan gas hidrogen sepanjang reaksi. Katalis yang digunakan adalah katalis alkali (NaOH). Konsentrasi katalis yang optimum menurut Bailey dkk adalah 0,1% dari berat minyak atau lemak yang digunakan.
3
Pada metode Bailey, tidak terdapat informasi mengenai detil reaksi dan penanganan produk baik dalam deaktivasi katalis maupun metoda analisanya. Oleh sebab itu pada penelitian ini akan dicari kondisi operasi yang lebih detil dan memadai untuk berlangsungnya reaksi gliserolisis minyak. Selain itu juga akan dipelajari performansi yang lebih khusus terhadap gliserolisis minyak sawit dengan berdasarkan informasi dari eksperimen yang telah dilakukan oleh Bailey dkk. Hal ini dimaksudkan untuk memperoleh informasi yang sebanyak-banyaknya mengenai pembuatan monogliserida melalui reaksi gliserolisis. Kebutuhan monogliserida dalam negeri cukup signifikan karena aplikasi monoasilgliserol yang sangat luas sebagai pengemulsi dalam industri makanan, farmasi dan kosmetik. Sampai saat ini kebutuhan monoasilgliserol dalam negeri masih sebagian besar diperoleh dari impor. Selain itu produksi monoasilgliserol yang ada saat ini di industri belum memenuhi standar komersial yang diinginkan, sehingga diperlukan kajian lebih lanjut mengenai detil metode pembentukan monogliserida. Studi penelitian dilakukan dalam skala laboratorium secara batch, dilakukan dalam
skala
terkecil
yang
mungkin
dapat
dilakukan
dengan
alasan
penyederhanaan operasi dan alasan ekonomis. Jika pengetahuan tentang proses yang ada belum sempurna atau jika kebutuhan produk sangat mendesak (misalnya untuk evaluasi pasar) maka perlu untuk dapat diaplikasi pada skala yang lebih besar (skala pilot plant) yang bersifat komersial. I.3 Tujuan Penelitian Dengan penelitian ini diharapkan memperoleh prosedur yang memadai mengenai pembuatan monogliserida melalui reaksi transesterifikasi berdasarkan metode Bailey dkk. (1946) dan mendapatkan informasi sebanyak-banyaknya mengenai pembuatan gliserolisis minyak sawit. Mendapatkan informasi mengenai pengaruh waktu reaksi dan perbandingan komposisi reaktan terhadap perolehan produk yang diinginkan. Dalam penelitian
4
ini waktu reaksi dan komposisi reaktan, trigliserida dan gliserol, merupakan parameter yang divariasikan. Dengan penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan produk dengan kandungan utama monogliserida. Produk monogliserida tersebut diuji kualitas dan kusntitasnya dengan metoda analisa laboratorium yang sesuai. I.4 Ruang Lingkup Penelitian Penelitian yang dilakukan dibatasi oleh variasi-variasi percobaan yang disesuaikan dengan kondisi proses dalam laboratorium dan informasi yang ingin diperoleh. Penelitian yang dilakukan berdasarkan informasi yang diperoleh dari penelitian-penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya oleh Bailey dkk. (1946). Penelitian dilakukan sebagai aplikasi dari metoda Bailey dkk. (1946). Dalam pembuatan monogliserida dari minyak sawit melibatkan rute reaksi gliserolisis dengan katalis basa pada temperatur 200 0C dan pengaliran gas inert N2 sepanjang reaksi. Dalam penelitian ini dipelajari pengaruh rasio mol reaktan dan waktu reaksi terhadap perolehan produk monogliserida yang dihasilkan dari reaksi gliserolisis trigliserida berdasarkan metoda Bailey dkk (1946). Parameter lain yang dipelajari dalam setiap variasi terutama adalah konversi gliserol dan perolehan monogliserida.
5
