BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Karotenoida

Karotenoida merupakan kelompok pigmen yang berwarna kuning, jingga,merah jingga, dan bersifat larut dalam minyak. Struktur dasar karotenoida terdiri dari ikatan hidrokarbon tidak jenuh yang dibentuk oleh 40 atom C atau 8 unit isoprena dan memiliki dua buah gugus cincin. Karotenoida dibagi menjadi empat golongan, yaitu (1) karotenoida hidrokarbon C40H56 seperti alfa, beta, gamma karoten dan likopen; (2) xantofil dan derivat karoten yang mengandung oksigen dan hikdroksil antara lain kriptosantin, C40H55OH dan lutein, C40H54(OH)2; (3) asam karotenoida yang mengandung gugus karboksil; dan (4) ester xantofil asam lemak (Meyer, H., 1966).

Karotenoida

juga dikenal sebagai poliena yang dibentuk oleh unit-unit

isoprena. Senyawa hidrokarbon karotenoida juga banyak ditemukan mengandung gugus hidroksil, karbonil, oxiran dan gugus epoksi. Ada beberapa karakteristik umum yang paling dari karotenoida (Sebrell, W.H dan R.S. Harris, 1954) : 1.

Kristal pigmen padat

2.

Mempunyai susunan unit isopren pada bagian tengah dari molekul jadi gugus metil menempati posisi -1,6 atau -1,5 dan dengan penyusunan tersebut memungkinkan terjadinya pemecahan pada bagian tengah sehingga menghasilkan vitamin A

3.

Mengandung banyak ikatan rangkap karbon-karbon yang terkonjugasi

4.

Mengandung paling tidak satu trimetil sikloheksinil atau cincin β-ionon

5.

Mempunyai konfigurasi trans

Universitas Sumatera Utara

Karotenoida terdapat dalam kloroplas (0.5%) bersama-sama dengan klorofil (9.3%) terutama pada bagian permukaan atas daun, dekat dengan dinding sel palisade (Winarno, F.G., 1997). Karena warnanya mempunyai kisaran dari kuning sampai merah, maka deteksi panjang gelombangnya diperkirakan antara 430 – 480 nm (Schwartz, S.J dan J.H.V. Elbe, 1996). Menurut Meyer (1966) sifat fisika dan kimia karotenoida adalah larut dalam minyak dan tidak larut dalam air, larut dalam kloroform, benzena, karbon disulfida dan petroleum eter, tidak larut dalam dalam etanol dan metanol dingin, tahan terhadap panas apabila dalam keadaan vakum, peka terhadap oksidasi, autooksidasi dan cahaya, dan mempunyai ciri khas absorpsi cahaya. Adanya ikatan ganda menyebabkan karotenoida peka terhadap oksidasi yang akan lebih cepat dengan adanya sinar dan katalis logam, khususnya tembaga, besi, dan mangan (Walfford, J., 1980). Kadar karoten dalam minyak kelapa sawit berkisar 500-700 terutama α dan β karoten dengan γ karoten sebagai jumlah yang paling sedikit. Telah dilaporkan bahwa karoten memegang peranan penting sebagai anti oksidan dalam fasa minyak dengan menjerap radikal bebas (Ammawath, W dan Y.B.C. Man, 2009), prekursor vitamin A dimana β-karoten mempunyai aktivitas provitamin A yang tertinggi (Goh, S.H., dkk, 1985 ), meningkatkan sistem kekebalan tubuh dan mengkomunikasikan sel (Voet, D., 1995). Tabel 2.1. Beberapa Jenis dan Komposisi Karoten di Dalam Minyak Kelapa Sawit Jenis-jenis karoten Phytoene Cis-β-Carotene Phytofluene β-Carotene α-Carotene Cis- α-Carotene ζ-Carotene

Komposisi (%) 1,27 0,68 0,06 56,02 35,16 2,49 0,69

Jenis-jenis karoten

Komposisi (%)

γ-Carotene

0,33

δ-Carotene 0,83 Neurosporene 0,29 β-Zeacarotene 0,74 α-Zeacarotene 0,23 Lycopene 1,3 (Wei, P.C., dkk, 2005)


2.1.1. Metode-Metode Memperoleh Karotenoida

Metode memperoleh karotenoida dari minyak sawit dapat dilakukan dengan berbagai metode yaitu dengan menyabunkan CPO dengan natrium hidroksida metanolik 2-3% selama beberapa jam pada suhu 30-400 C sehingga hampir 98% minyak terkonversi menjadi ester. Gliserin yang terbentuk kemudian dipisahkan dengan cara dekantasi dan produk penyabunan diuapkan pada suhu 100 - 1100 C dalam keadaan vakum bertekanan 0,001 – 0,0001 mmHg sehingga karotenoida tertinggal sebagi residu (Blaizot, P., 1956). Metode esktraksi dengan menggunakan pelarut petroleum eter : aseton ( 1 : 3 ) untuk mengekstraksi karotenoida dari minyak sawit mentah (Sahidin, S.S., dkk, 2001).

Penggunaan CO2 cair sebagai pelarut dapat digunakan untuk memperoleh karotenoida konsentrat melalui sistem Supercritical Fluid Extraction dimana sampel yang ditempatkan dalam bejana ektraksi pada suhu 400C dan tekanan 30 MPa, kemudian gas CO2 didinginkan pada -50C sebelum pompa HPLC digunakan untuk memompa CO2 cair ke ekstraktor secara terus menerus pada kondisi spesifik ekstraksi dengan laju alir yang konstan 5 mL/menit sehingga diperoleh ekstrak karotenoida konsentrat (Wei, P.C., dkk, 2005).

Karotenoida konsentrat dari minyak sawit juga banyak diperoleh melalui proses adsorpsi menggunakan adsorben polimer sintetis diikuti dengan ekstraksi pelarut. Adsorben yang digunakan adalah kopolimer stirena divinil benzena. Proses tersebut

pertama dimulai dengan

mencampurkan adsorben dengan IPA

(isopropanol) kemudian diaduk selama 15 menit. Adsorben dipisahkan dari IPA dan dikeringkan dalam temperatur kamar sehingga dapat digunakan dalam proses adsorpsi. Selanjutnya minyak kelapa sawit dilarutkan dalam IPA (isopropanol). Adsorben kemudian dimasukkan ke dalam kolom diikuti dengan minyak kelapa sawit. Karotenoida kemudian diekstraksi dengan n-heksana untuk memisahkannya dari adsorben. Karotenoida dipekatkan sampai sekitar 15.000 ppm dengan % recovery 30-62 % dengan variasi yang paling sesuai adalah pada 1,5 jam dan temperatur 400 C (Latip, R.A., 2000).


Selain itu, dapat juga digunakan campuran abu sekam padi dan silika gel sebagai adsorben berdasarkan metode kromatografi adsorpsi dimana adsorben dimasukkan ke dalam kolom yang diikuti dengan metil ester kasar dan dielusi dengan menggunakan pelarut n-heksan kemudian eluat dipekatkan dengan gas N2 dengan perolehan 3754,55 μg/gram dan %

recovery adalah 28,8 % (Zulkipli,

2007).

Penggunaan bahan penjerap arang aktif dan belaching earth dalam larutan nheksana dimana minyak sawit dilarutkan terlebih dahulu dengan n-heksana dan ditambahkan dengan bahan penjerap kemudian diaduk selama beberapa saat. Karotenoida yang terjerap dilarutkan dengan campuran n-heksana dan aseton untuk memperoleh karotenoida konsentrat dengan perolehan untuk arang aktif adalah 736,31 μg/gram, % recovery sekitar 16,59 % dan untuk bleaching earth adalah 13103 μg/gram, % recovery adalah 39,16 %(Serlahwaty, D., 2007) dan penggunaan bentonit dimana minyak sawit dan adsorben ( 3 : 1 ) dicampurkan dalam suatu reaktor berpengaduk selama 171 menit. Selanjutnya disaring dengan menggunakan pompa vakum untuk memisahkan minyak dengan adsorben yang telah mengandung β-karoten. Kemudian, karotenoida pada adsorben didesorpsi dengan

pelarut n-heksana dan dipekatkan dengan N2 sehingga diperoleh

karotenoida konsentrat sekitar 375,5 μm/gram dan % recovery adalah 3,7 % (Hayuningtyas, R.I.R., 2007). Adapun ringkasan metode yang telah digunakan dapat dilihat pada Tabel 2.2 di bawah ini Tabel 2.2. Metode-Metode Memperoleh Karotenoida Metode Saponifikasi Ekstraksi

Adsorpsi

Keterangan NaOH metanolik 2-3% pelarut petroleum eter dan aseton (1 : 3) cairan superkritis CO2 kopolimer stirena divinil benzena campuran abu sekam padi dan silika gel (25 : 15) arang aktif dan bleaching earth

% yield 5-6 % -

Peneliti Blaizot, P., 1956 Sahidin, S.S., dkk, 2001 Wei, P.C., dkk, 2005

1,5 %

Latip, R.A., 2000

0,38% 0,073 % dan 1,31 %

Zulkipli, 2007

bentonit

0,0375 %

Serlahwaty, D., 2007 Hayuningtyas, R.I.R., 2007


2.2. Polistirena

Polistirena adalah polimer linear yang secara kimia besifat inert. Polistirena bersifat kaku, sifat optis yang bagus, tahan terhadap zat alkalis, halida asam dan agen oksidasi-reduksi (Ulrich, H., 1993). Namun, polistirena dapat dinitrasi dengan uap asam nitrat dan disulfonasi dengan asam sulfat pekat pada suhu 1000 C. Polistirena mempunyai bentuk transparan dan indeks bias (1.60) yang tinggi sehingga dapat berguna untuk komponen optik plastik dan baik untuk insulator listrik. Gaya tarik dari polistirena mencapai 8000 psi. Polistirena digunakan untuk injeksi cetakan seperti pada sisir, kancing, mainan, insulator listrik, lensa, radio, televisi, kulkas dan panel pencahayaan. Polistirena dapat dibuat melalui polimerisasi stirena dengan adanya peroksida seperti benzoil peroksida sebagai inisiator. Monomer stirena dibuat dari benzena dan etilena pada suhu 900 C dengan bantuan katalis AlCl3 dimana etil benzena dihidrogenasi ke stirena dengan adanya katalis besi oksida, magnesium oksida atau aluminium oksida pada suhu 6000 C. Stirena dapat dipisahkan dengan metode destilasi (Dara, S.S., 1986)

CH2 +

benzena

CH2

CH2

CH CH2

CH3 -H2

AlCl3 , 900C

etilbenzena

katalis Al2O3 atau MgO atau Fe2O3, 6000C

+ H2

stirena polimerisasi dengan benzoil peroksida

CH2

CH2

n

polistirena

Gambar 2.1. Reaksi Pembuatan Polistirena

Terdapat kesukaran dalam pemurnian stirena melalui penyulingan karena monomer mudah terpolimerkan sekalipun pada suhu sedang. Stirena dapat dipolimerkan dengan menggunakan sinar matahari ataupun katalis dimana derajat polimerisasinya bergantung pada kondisi polimerisasi. Polistirena merupakan bahan lentuk-bahang yang bening (kecuali jika ditambahkan pewarna atau pengisi)


dan dapat dilunakkan pada suhu sekitar 1000C. Polistirena tahan terhadap zat pengarat (korosif) tetapi mudah larut dalam hidrokarbon aromatik dan berklor. Dalam propanon (aseton), polistirena hanya mengembung (Cowd, M.A., 1991).

2.2.1. Reaksi Sulfonasi

Sulfonasi adalah suatu reaksi untuk memodifikasi bahan polimer yang memiliki cincin aromatik sebagai rantai utamanya. Karena sulfonasi termasuk ke dalam reaksi elektrofilik maka reaksi ini sangat bergantung pada tipe gugus yang terikat pada cincin aromatis dimana polimer dengan gugus difenil eter dapat disulfonasi di bawah kondisi dingin karena adanya efek donasi elektron dari gugus eter. Sulfonasi dari polimer aromatis bisa menjadi sangat kompleks karena reversibilitasnya. Untuk itu, reproduksibilitas dengan menggunakan kondisi reaksi yang sama bisa menjadi hal yang sangat sulit ( Pinto, B.P., 2006).

Sulfonasi benzena dengan asam sulfat berasap (H2SO4 + SO3) menghasilkan asam benzena sulfonat

+ SO3

H2SO4

+

SO3 SO3H

0

40 C

H asam benzenasulfonat (50%)

Gambar 2.2. Reaksi Pembuatan Asam Benzensulfonat

Sulfonasi bersifat mudah balik dan menunjukkan efek isotop kinetik yang sedang dimana ion benzenonium antara dalam sulfonasi dapat kembali ke benzena atau terus ke asam benzenasulfonat dengan hampir sama mudahnya. Gugus asam sulfonat mudah digantikan oleh anekaragamn gugus lain. Oleh karena itu,asam arilsulfonat merupakan zat antara yang bermanfaat dalam sintesis (Fessenden, R.J dan J.S. Fessenden, 1986).

Sulfonasi polistirena telah banyak dipelajari oleh banyak peneliti meskipun hanya sedikit literatur yang membahas tentang reaksi sulfonasi dan sifat termal


dari produk yang dihasilkan. Secara umum, sulfonasi bahan polimer dapat dilakukan dengan reaksi heterogen dimana bahan polimer dan agen sulfonasi berada dalam fasa yang berbeda atau dengan reaksi homogen dalam pelarut hidrokarbon atau pelarut terklorinasi. Senyawa seperti H2SO4 dan SO3 adalah agen sulfonasi untuk berbagai bahan polimer termasuk polistirena. Agen sulfonasi lain yang bisa digunakan adalah kompleks dari trietil fosfat bersama sulfur trioksida dan kompleks asetil sulfat dalam larutan dikloroetana. Adapun reaksi sulfonasi polistirena dengan menggunakan agen sulfonasi asetil sulfat : O CH3

O-

C

CH3

O CH3

HO- - SO3H+

C+ O

C

CH3

O CH3

O

O +

CH3

CH3

C +

OH

C

O

C

O-

SO3H

OSO3H

asam asetat

O

C

asetil sulfat

asetat anhidrat

CH3-CO-OSO3H

+

CH2 CH

CH2

CH2 CH

CH

CH2

CH

O

+ CH3COH

asetil sulfat polistirena

asam asetat

x

n SO3H

SO3H

polistirena sulfonat (PS-SO3H, 6,24%)

Gambar 2.3. Reaksi Sulfonasi Polistirena dengan Asetil Sulfat

Bahan polimer yang telah tersulfonasi dianggap sebagai senyawa makromolekul yang mengandung gugus sulfonik –SO3H dengan sifat kimia dan mekanik yang disukai sehingga banyak diaplikasikan dalam industri seperti untuk bahan penukar ion, membran untuk ultrafiltrasi dan plasticizers untuk komposit konduktif (Martins, C.R., dkk, 2003).


2.2.2. Polistirena sulfonat

Polistirena sulfonat P(S-SS)x banyak diproduksi dengan sulfonasi post-polimerisasi dari polistirena yang menangkap gugus asam sulfonik pada posisi para dari cincin fenil dan dapat menghasilkan distribusi yang hampi acak, x mewakili derajat sulfonasi. Sifat unik dari polistirena sulfonat ini adalah kekuatannya, sifat hidrofiliknya dan konduktivitas proton mulai dari penggabungan dari asam sulfonik pada level yang bervariasi. Keistimewaannya ini digunakan secara meluas untuk berbagai aplikasi seperti adhesif, membran fuel cell, transfer ion dalam sistem pemurnian elektromigrasi, katalis. Adanya sintetis senyawa ini dalam ukuran kecil memberikan keuntungan karena dapat meningkatkan area permukaan spesifik (Zhou, N.C., dkk, 2006).

2.3. Adsorpsi

Adsorpsi merupakan proses satu arah dengan suhu rendah dan adsorben yang digunakan dapat diperoleh kembali. Adsorpsi merupakan proses yang selektif dan hanya merupakan proses satu arah. Bila ada dua larutan dua zat atau lebih, zat yang satu akan diserap lebih kuat daripada yang lain. Zat-zat yang dapat menurunkan tegangan permukaan antara, lebih kuat diserap. Makin kompleks zat terlarut, makin kuat diserap oleh adsorben. Makin tinggi suhu, makin kecil daya serap. Namun demikian pengaruh suhu tidak sebesar pada adsoprsi gas (Sukardjo, 1985).

Adsorpsi pada fase padat diklasifikasikan ke dalam adsorpsi fisika (fisisorpsi) dan adsorpsi kimia (kemisorpsi). Dalam adsorpsi fisik , molekul gas tertahan pada permukaan padatan yang relatif lemah karena terjadi ikatan intermolekular Van der Waals. Dalam kemisorpsi, reaksi kimia terjadi pada permukaan padatan dan gas tertahan pada permukaan padatan yang relatif merupakan ikatan kimia yang kuat. Adsorpsi fisika tidak terlalu spesifik misalnya, N2 secara fisik akan teradsorpsi pada permukaan padatan yang tersedia dengan temperatur yang cukup rendah. Kemisorpsi sama seperti reaksi kimia yang bersifat lebih spesifik. Seperti N2


dikemisorpsi pada suhu kamar pada Fe, W, Ca dan Ti tetapi tidak pada Ni, Ag, Cu atau Pb (Levine, I.R., 2002).

2.3.1. Sifat-Sifat Umum Proses Adsorpsi

Proses adsorpsi suatu bahan tergantung pada berbagai faktor yang dapat dibagi dalam 5 kategori yaitu (Sukmariah dan Kamianti,1990) : 1.

Adsorpsi adalah proses kesetimbangan proses kesetimbangan antara konsentrasi pada satu bidang permukaan dan konsentrasi lain di bidang mana komponen itu terkandung. Jadi keadaaannya adalah reversibel.

2.

Banyaknya komponen yang diadsorpsi sebanding dengan luas permukaan zat adsorben.

3.

Daya adsorpsi tiap jenis adsorben terhadap suatu zat berbeda, bahkan cara pembuatan adsorben yang berbeda menyebabkan daya adsorpsi yang berlainan.

4.

Daya adsorpsi akan berkurang bila suhu bertambah tinggi

5.

Adsorpsi diikuti oleh pengeluaran panas(energi).

Adsorpsi hidrokarbon tak jenuh dalam substrat logam merupakan sebuah interaksi fisik lemah, dimana lebih didominasi oleh gaya Van der Waals. Ikatan hidrokarbon tak jenuh dengan logam pertama kali dikembangkan oleh Dewar, Chatt dan Duncanson yang sekarang dikenal sebagai model DCD yang didasarkan pada konsep orbital terdepan . Pada model ini, interaksi ditunjukkan dengan adanya donasi muatan dari orbital π tertinggi yang terisi ke logam dan substansi backdonation dari muatan logam yang terisi ke orbital π* terendah yang tidak terisi (Nilson, A dan L.G. Petterson, 2008).

2.4. Kalsium

Unsur golongan IIA dapat membentuk kompleks dengan 6H2O, seperti Mg(H2O)6Cl2 mengindikasikan bahwa unsur ini memberikan ikatan melalui kontribusi orbital d sekalipun energi tinggi. (Madan, R.D., 2003). Untuk logam kalsium, energi orbital d lebih tinggi dari unsur transisi lainnya. Pemakaian ba


mungkin sedikit berbeda dengan kalsium dalam tingkat besar lobe orbital (4d dan 3d orbital). Sifat ini perlu dikaji untuk mendapatkan reaktifitas dan stabilitas sebagai bahan pemantap senyawa dengan ikatan tidak jenuh (Shriver, D.E., dkk, 1990).

Kemampuan untuk menukar basa berhubungan dengan kekuatan basa logam tersebut : semakin tinggi tingkat kebasaan, semakin mudah menukar basa. Untuk logam golongan , dimana sifat kebasaan meningkat dari lithium ke natrium dan ke kalium, lebih mudah unutk menukar kalium daripada untuk menukar lithium. Pada logam golongan II, sifat kebasaan meningkat dari magnesium ke stronsium ke barium; dimana lebih mudah untuk menukar barium daripada untuk menukar magnesium ( Rizvi, S., 2003).

2.5. Alkena

Alkena adalah senyawa hidrokarbon yang mengandung satu atau lebih ikatan rangkap karbon-karbon. Alkena yang paling sederhana adalah etena dengan rumus C2H4. Ikatan rangkap terkonjungasi adalah ikatan rangkap yang dipisahkan oleh masing-masing satu ikatan tunggal. Adanya ikatan rangkap terkonjungasi dalam suatu molekul akan memberikan sifat fisik dan kimia yang khusus. Banyak molekul yang mengandung sistem ikatan rangkap terkonjungasi mengadsorpsi panjang gelombang spesifik dari sinar tampak (Stoker, H.S dan E.B. Walker, 1991).

Ikatan rangkap karbon-karbon mempunyai dua bagian yaitu ikatan sigma yang dibentuk karena tumpang tindih dari dua orbital sp2 dan ikatan pi yang dibentuk karena tumpang tindih dari dua orbital p. Kekuatan ikatan dari ikatan rangkap alkena lebih besar daripada ikatan tunggal karbon-karbon (Murry, J.M., 1994).

Alkena (etilena) adalah ligan dihapto yang dapat mendonorkan dua elektron karena adanya orbital π terisi ke logam dan orbital π* dari ligan dapat menerima densitas elektron dari orbital logam terisi. Adanya ikatan logam-alkena karena donasi elektron dari orbital π yang terisi ke logam dan penerimaan densitas


elektron ke dalam orbital π* antibonding dari ligan disebut dengan model DewarChatt. Keseluruhan ikatan dijelaskan dalam teori molekul orbital dimana dalam kompleks alkena, terjadinya backbonding tergantung dari sifat alkena, logam dan ligan lainnya. Logam-logam yang mempunyai orbital d dengan tingkat energi yang tinggi mengalami backbonding karena adanya kelebihan densitas elektron pada orbital π* alkena sehingga menghasilkan komples yang dikenal sebagai metalocyclopropana. Antara hidrokarbon polimer dengan hidrokarbon dapat terjadi interaksi. Interaksi ini diperkuat oleh adanya interaksi antara ikatan π dengan orbital LUMO dari logam kalsium sehingga kalsium polistiren sulfonat dapat berfungsi sebagai adsorben. (Shriver, D.E., dkk, 1990).

CH2 M CH2

Gambar 2.4. Struktur Metallocyclopropana


BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents