II. TINJAUAN PUSTAKA
A. MINYAK NILAM Minyak nilam adalah minyak atsiri yang diperoleh dari tanaman nilam (Pogestemon cablin Benth) dengan cara penyulingan. Pada tanaman nilam, minyak atsiri terdapat dalam semua bagian tanaman seperti akar, batang, dan daun. Walaupun tidak banyak digunakan di dalam negeri, minyak nilam merupakan salah satu komoditi andalan Indonesia (Sudaryani dan Sugiharti, 1998). Minyak atsiri yang dikenal juga dengan nama minyak eteris atau minyak terbang (essential oil, volatile oil) dihasilkan oleh tanaman. Minyak tersebut mudah menguap pada suhu kamar tanpa mengalami dekomposisi, mempunyai rasa getir (pungent taste), berbau wangi sesuai dengan bau tanaman penghasilnya, umumnya larut dalam pelarut organik dan tidak larut dalam air (Ketaren, 1985). Tanaman nilam mempunyai bentuk daun yang lonjong, berwarna hijau, dan mempunyai bulu di bagian atas. Bunga nilam berwarna ungu kemerahan yang tumbuh di ujung tangkai. Daun nilam umumnya bergerombol (Tasma dan Hamid, 1989). Mustofa (1973) menyatakan bahwa tanaman ini tumbuh di daerah tropis di antara semak belukar sampai setinggi dua meter. Ketaren (1985) juga menyatakan hal yang sama yaitu nilam merupakan tanaman tropis, hal ini disebabkan karena tanaman nilam merupakan tanaman yang dapat tumbuh subur dengan curah hujan tinggi, yaitu antara 2300-3000 milimeter per tahunnya. 1. Komposisi kimia Minyak nilam terdiri dari komponen-komponen bertitik didih tinggi sehingga baik dipakai sebagai zat pengikat dalam parfum dan dapat membentuk bau yang harmonis. Zat pengikat adalah suatu persenyawaan yang mempunyai daya menguap lebih rendah atau titik uapnya lebih tinggi daripada zat pewangi, sehingga kecepatan penguapan zat pewangi dapat dikurangi atau dihambat (Ketaren, 1985). Menurut Luthony dan Rahmayati (1994), peranan minyak nilam sebagai fiksatif tidak dapat digantikan oleh senyawa sintetis apapun sehingga sangat penting dalam dunia perfumery. Sifat-sifat minyak nilam antara lain sulit tercuci, sukar menguap jika dibandingkan minyak atsiri lain, dapat larut dalam alkohol, dan dapat dicampur dengan minyak atsiri lainnya (Guenther, 1949).
2
Menurut Anomious dalam Rahendas (2005), minyak nilam tersusun dari dua komponen yaitu komponen utama (mayor konstituen) dan komponen kecil (minor konstituen). Komponen utama yaitu patchouli alkohol (patchoulol) yang merupakan senyawa seskuiterpen trisiklik, sedangkan komponen kecil antara lain patchoullene, azulene, eugenol, benzaldehide, sinnamaldehide, keton, dan senyawa seskuiterpen lainnya. Seskuiterpen yang terdapat dalam minyak nilam lebih dari sepuluh macam, tetapi yang dapat diidentifikasi antara lain β-patchoulen, α-guajen, bulnesen, dan patchouli alkohol yang merupakan komponen utama (40 %) yang menentukan bau minyak nilam. Berdasarkan komponen kimianya minyak nilam dapat dibagi menjadi dua golongan utama yaitu golongan terpen dan terpen-O. Terpen adalah senyawa hidrokarbon tidak jenuh yang rumus bangunnya dibentuk dari unit kimia isoprene (C5 H8). Terpen merupakan senyawa alami yang dihasilkan dalam tanaman melalui proses metabolisme sekunder. Minyak nilam terdiri dari campuran persenyawaan terpen dengan alkoholalkohol, aldehid, dan ester-ester yang memberikan bau khas, misalnya patchouli alkohol (Sastrohamidjojo, 2004). Senyawa-senyawa terpen dalam minyak tercampur dengan alkohol-alkohol, aldehid, dan ester-ester yang memberikan bau khas. Senyawa-senyawa itu misalnya benzaldehid, patchoulen alkohol, eugenolbenzoat yang masing-masing mempunyai bau khas. Komponen yang termasuk dalam terpen-O disebut juga sebagai komponenkomponen berat diantaranya nor-patcoulol, patchouli alkohol, dan pogostol.
2. Mutu Mutu minyak atsiri didasarkan atas kriteria atau batasan yang dituangkan dalam standar mutu. Faktor-faktor yang mempengaruhi mutu minyak atsiri menurut Ketaren (1985), adalah sebagai berikut: 1. Jenis tanaman dan umur panen 2. Perlakuan bahan olah sebelum ekstraksi 3. Sistem, jenis paralatan, dan kondisi proses ekstraksi 4. Perlakuan terhadap minyak atsiri setelah ekstraksi 5. Pengemasan dan penyimpanan
3
Minyak nilam digolongkan dalam satu jenis mutu dengan nama “Patchouli oil”. Standar mutu minyak nilam belum seragam untuk seluruh dunia karena setiap negara penghasil dan pengimpor menentukan standar mutu minyak nilam sendiri. Standar mutu minyak nilam Indonesia ditetapkan dalam SNI O6-2385-2006 yang merupakan revisi dari SNI O6-2385-1998. Standar ini meliputi ruang lingkup (syarat mutu, cara pengujian mutu, cara pengemasan), definisi, jenis mutu, pengambilan contoh dan rekomendasi yang dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Persyaratan mutu minyak nilam Karakteristik Warna Bobot jenis (25oC/25oC) Indeks Bias 25oC (nD 25) Putaran Optik Bilangan Asam Bilangan Ester Kelarutan dalam etanol 90 % pada suhu 20 oC ±3 oC Patchouli alcohol (C15H26O) Alpha copaene (C15H24) Kandungan besi (Fe)
Satuan -
% % mg/Kg
Persyaratan Kuning muda – coklat kemerahan 0,950 – 0,975 1,507 – 1,515 (-48)-(-65) Maks. 8,0 Maks. 20,0 Larutan jernih atau opalesensi ringan dalam perbandingan volume 1 :10 perbandingan volume 1-10 bagian Min. 30 Maks. 0,5 Maks. 25
Sumber: Standar Nasional Indonesia
B. PENYULINGAN Menurut Miall dalam Guenther (1948), penyulingan dapat didefinisikan sebagai pemisahan komponen-komponen dari dua jenis cairan atau lebih berdasarkan perbedaan tekanan uap dari masing-masing zat tersebut. Pada penyulingan minyak atsiri dari tanaman, uap harus berfungsi lain pula yaitu dapat mentransmisikan panas. Berbeda dengan cairan, bahan tanaman tidak mampu untuk meneruskan panas ke seluruh bagian tanaman. Energi panas ditransmisikan melalui air mendidih ke dalam bahan dengan cara perendaman bahan, atau dengan melewatkan uap air panas di antara bahan tanaman tersebut. Minyak atsiri yang mudah menguap terdapat dalam kelenjar minyak khusus di dalam kantung minyak atau di ruang antar sel di dalam jaringan tanaman. Minyak atsiri tersebut harus dibebaskan sebelum disuling yaitu dengan merajang atau memotong jaringan tanaman dan membuka kelenjar minyak sebanyak mungkin sehingga minyak dapat dengan mudah diuapkan. Jika bahan tidak dirajang atau dipotong, berarti minyak 4
dalam tanaman harus dibebaskan dengan kekuatan difusi air (hidrodiffusion) (Guenther, 1948). 1. Metode Penyulingan a. Penyulingan air (Water Distilation) Bila cara ini digunakan maka bahan yang akan disuling berhubungan langsung
dengan
air
mendidih.
Bahan
yang
disuling
kemungkinan
mengembang/mengapung di atas air atau terendam seluruhnya, tergantung pada berat jenis dan kuantitas bahan yang akan diproses (Sastrohamidjojo, 2004). Sistem ini memiliki beberapa kelebihan, antara lain prosesnya sederhana dan dapat mengekstrak minyak dari bahan yang berbentuk bubuk (akar, kulit, kayu) dan bunga-bungaan yang mudah membentuk gumpalan jika kena panas (Ketaren, 1985) b. Penyulingan Uap dan Air (Water and Steam Distilation) Bahan tanaman yang akan diproses ditempatkan dalam suatu tempat yang bagian bawah dan tengah berlobang-lobang yang ditopang di atas dasar
alat
penyulingan. Bagian bawah alat penyulingan diisi air sedikt di bawah ketinggian bahan. Air dipanaskan dengan api seperti pada penyulingan air (Sastrohamidjojo, 2004). Sistem penyulingan air dan uap lebih efisien daripada penyulingan air karena jumlah bahan bakar yang diperlukan lebih kecil, penyulingan lebih singkat, dan rendemen minyak yang dihasilkan lebih besar (Ketaren, 1985). c. Penyulingan uap langsung (Steam Distilation) Prinsip metode ini sama dengan penyulingan uap dan air, hanya saja air penghasil tidak diisikan bersama dalam ketel penyulingan. Uap yang digunakan berupa uap jenuh atau uap yang kelewat panas dengan tekanan lebih dari 1 atmosfer (Luthony dan Rahmawati, 1994). Distilasi uap digunakan untuk cairan yang titik didihnya tinggi atau cairan yang mengalami dekomposisi saat dipanaskan pada titik didihnya. Distilasi ini dilakukan dengan cara memanaskan cairan dengan uap air yang secara aktif dimasukkan ke dalamnya melalui pipa (Cook dan Cullen, 1986).
Menurut Ketaren (1985), daun nilam sebaiknya disuling dengan uap langsung dengan sumber uap berasal dari ketel uap yang letaknya terpisah. Minayk nilam sukar menguap pada penyulingan dengan tekanan rendah (sekitar 1 atmosfir) sehingga membutuhkan waktu penyulingan yang lebih lama. Minyak yang dihasilkan antara kedua sistem ini mempunyai mutu yang berbeda, karena penyulingan daun pada tekanan tinggi tidak selamanya menghasilkan minyak nilam bermutu lebih baik walaupun lama 5
penyulingannya lebih singkat. Pada penyulingan modern, biasanya proses penylingan dimulai dari tekanan rendah (sekitar 1 atmosfir) dan akhirnya tekanan tinggi, sehingga penetrasi uap ke dalam daun dapat berlangsung dengan sempurna.
2. Peralatan Penyulingan a. Ketel Uap (Boiler) Ketel uap merupakan alat yang berfungsi untuk menghasilkan uap dan ukuran ketel uap yang digunakan tergantung pada jumlah uap yang dibutuhkan (Ketaren, 1985). Ada dua macam ketel uap, yaitu ketel uap bertekanan tinggi (kira-kira 100 psia atau lebih) dan ketel uap bertekanan rendah (40-45 psia). uap bertekanan tinggi digunakan untuk menghasilkan suhu yang lebih tinggi. Ketel uap bertekanan tinggi lebih efisien untuk penyulingan, karena mempersingkat proses penyulingan. Dalam beberapa hal, dikehendaki uap bertekanan rendah, sehingga minyak yang dihasilkan lebih larut dalam alkohol dan tidak mengandung resin. b. Ketel Suling Ketel suling atau biasanya disebut tangki berfungsi sebagai tempat air dan/atau uap untuk mengadakan kontak dengan bahan, serta untuk menguapkan minyak atsiri. Pada bentuk sederhana, ketel suling berbentuk silinder atau tangki. Tangki tersebut dilengkapi dengan tutup yang dapat dibuka dan diapitkan pada bagian atas ketel. Pada atau dekat penampang atas tangki dipasang pipa yang berbentuk leher angsa (gooseneck) untuk mengalirkan uap ke kondensor (Guenther, 1948). c. Kondensor Kondensor adalah peranti penukar-kalor khusus yang digunakan untuk mencairkan uap dengan mengambil kalor. Kalor laten diambil dengan menyerapnya ke dalam zat cair yang lebih dingin yang disebut pendingin (coolant). Karena suhu pendingin di dalam kondensor itu tentu meningkat, maka alat itu juga bekerja sebagai pemanas. Kondensor dapat dibagi menjadi dua golongan. Golongan pertama disebut kondensor jenis selongsong-dan-tabung (shell and tube condenser), uap yang terkondensasi dipisahkan dari pendingin oleh permukaan perpindahan-kalor berbentuk tabung. Golongan kedua disebut dengan kondensor kontak (contact condenser), arus pendingin dan arus uap, yang keduanya biasanya adalah air, bercampur secara fisik, dan meninggalkan sebagai satu arus tunggal (McCabe et. al.,1993).
6
Menurut Ketaren (1985), bak pendingin (kondensor) adalah suatu alat yang berupa bak atau tabung silinder dan di dalamnya terdapat pipa lurus atau berbentuk spiral yang berfungsi untu mengubah uap menjadi bentuk cair. Kondensor ada dua macam yaitu coil condenser dan tubular condenser. Pengeluarn panas dari uap lebih efektif dengan tubular condenser karena mempunyai permukaan yang lebih luas. d. Separator Alat ini berfungsi untuk memisahkan minyak dari air suling (condensed water). Jumlah volume air suling selalu lebih besar dari jumlah minyak, dalam hal ini diperlukan agar air suling tersebut terpisah secara otomatis dari minyak atsiri. Sebagian besar alat pemisah dirancang menurut rancangan botol Florentine kuno dan sering dinamakan botol Florentine (Guenther, 1948). Campuran dua zat cair yang mempunyai berat jenis berlainan dapat dipisahkan dengan jalan pengendapan. Keadaan ini sering dinamakan pemisahan atau separasi. Aparat tempat melakukan separasi itu biasanya berupa bejana silinder yang sering disebut separator. Bergantung dari tujuan penggunaannya, pada konstruksinya diperhatikan perbandingan antara garis tengah dan ukuran tinggi. Perbandingan ini antara lain tergantung dari kecepatan pengendapan. Separator ada yang bekerja secara kontinu dan diskontinu. Contoh dari separator yang bekerja secara kontinu adalah “botol florentina” (Beygeyk, 1968).
C. DESAIN SEPARATOR Dalam membuat desain sebuah separator maka setidaknya harus diperhatikan beberapa faktor dibawah ini: 1. Densitas (density) Densitas adalah salah satu sifat dari fluida. Densitas didefinisikan sebagai massa (m) dibagi volume (V). Satuan standarnya adalah kg/m3. Untuk semua tujuan paktis, cairan dianggap bersifat tak-mampu-mampat (incompressible), dengan kata lain volume dan densitas tidak terpengaruh oleh tekanan. Walaupun hal itu tidak sepenuhnya benar, perubahan yang terjadi tidak berarti. Pengaruh dari suhu dan densitas dari cairan bagaimanapun tidak bisa diabaikan karena cairan mengembang dan memadat saat suhu berubah (Darby, 2001). Menurut Mc Cabe et. al.(1993), walaupun densitas fluida bergantung pada suhu dan tekanan, perubahan densitas karena variabel itu mungkin besar dan mungkin pula kecil. Jika densitas itu hanya sedikit terpengaruh oleh perubahan yang agak besar pada 7
suhu
dan
tekanan,
maka
fluida
itu
disebut
fluida
tak-mampu-mampat
(incompressible). Akan tetapi, jika densitasnya peka terhadap perubahan variable itu, fluida itu bersifat mampu-mampat (compressible). Beberapa bahan tanaman menghasilkan fraksi minyak yang lebih ringan dari air di awal penyulingan dan fraksi minyak selanjutnya lebih berat dari air karena pertambahan bobot jenis dari fraksi-fraksi minyak (Guenther,1947). Menurut Denny (2001), dasar yang menyebabkan pemisahan jenis minyak apapun dari air adalah perbedaan densitas antara dua cairan tersebut. Saat suhu naik, densitas minyak akan turun lebih cepat daripada penurunan densitas air. Untuk minyak yang lebih ringan daripada air, perbedaan densitas meningkat seiring dengan kenaikan suhu sehingga minyak dan air dapat terpisah lebih cepat. Bahkan untuk minyak yang lebih berat dari air, pemisahan juga akan berlangsung lebih cepat pada suhu yang lebih tinggi, meskipun densitas minyak mendekati densitas air. Faktor lain yang juga mempengaruhinya adalah kekentalan air. 2. Laju alir distilat Laju alir didefinisikan sebagai jumlah fluida yang mengalir melalui lokasi tertentu dalam sistem per unit waktu. Karena jumlah fluida dapat dinyatakan sebagai volume dan massa, maka ada dua jenis laju alir yaitu volumetrik dan massa. Laju alir volumetrik adalah volume dari fluida yang melalui penampang melintang dalam unit waktu. Satuan dasarnya adalah m3/s. Jika satuan m3/s terlalu besar maka digunakan satuan yang lebih kecil yaitu dm3/s yang setara dengan liter/second (l/s) (Darby, 2001). Waktu
tinggal distilat dalam separator merupakan perbandingan antar laju
distilat dengan volume separator. Berdasarkan penelitian terhadap minyak nilam oleh Uzwatania (2009), pada awal penyulingan waktu tinggal distilat dalam separator lebih singkat karena tingginya laju distilat pada saat itu. Oleh sebab itu, minyak yang terpisah harus segera dikeluarkan dari separator karena minyak yang tersuling pada awal cukup banyak dan mencegah minyak bercampur lagi dengan air. Minyak dan air kadang-kadang tidak segera terpisah di dalam alat pemisah minyak, terutama jika perbedaan antara bobot jenis air dan minyak relatif kecil. Distilat tidak boleh mengalir terlalu cepat, dan gerakan turbulen harus dicegah atau dengan kata lain tabung pemisah harus cukup besar agar minyak dapat memisah dari air secara sempurna sehingga butiran minyak tidak terbawa oleh air. Aliran distilat secara merata dan kontinyu diperoleh dengan cara memasang corong yang panjang ke 8
dalam labu pemisah dan ujung corong di dalam bejana dibengkokan ke arah atas. Dengan demikian aliran distilat dari kondensor langsung ke corong tanpa meng ganggu lapisan minyak. Minyak akan keluar dari corong, naik ke atas atau turun ke dasar tabung pemisah. Jika corong tersebut tidak dipasang, maka distilat dari kondensor akan menetes langsung ke permukaan minyak, dan tetesan minyak ini akan berdispersi dengan air membentuk suspensi. Jika bobot jenis minyak mendekati bobot jenis air, maka minyak harus dikeluarkan secepat mungkin sampai batas lapisan minyak-air untuk menghindari agitasi dari kedua media tersebut (Guenther, 1948).
9
