II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Spesifikasi Biji Jarak Pagar Tanaman jarak (Jatropha curcas L.) dikenal sebagai jarak pagar. Menurut Hambali et al. (2007), tanaman jarak pagar dapat hidup dan berkembang dari dataran rendah sampai dataran tinggi, curah hujan yang rendah maupun tinggi (300 ml/tahun sampai 2.380 ml/tahun) dan rentang suhu 20 oC sampai 26 oC. Tanaman jarak pagar tergolong tanaman hari panjang, yaitu tanaman yang memerlukan sinar matahari langsung dan terus menerus sepanjang hari (Hamdi 2005 di dalam Tim Departemen Teknologi Pertanian USU 2005). Tanaman jarak pagar menghasilkan biji yang memiliki kandungan minyak cukup tinggi, yaitu sebesar 30% sampai 50% (Hambali et al. 2007). Menurut Faradisa et al. (2006), buah jarak pagar berbentuk bulat telur dengan diameter 2 cm sampai 4 cm dan berwarna hijau ketika masih muda serta kuning ketika masak. Buah jarak pagar terbagi menjadi tiga ruang yang diisi masing-masing satu biji. Biji berbentuk lonjong, warna cokelat kehitaman (Gambar 1).
Gambar 1 Bagian buah dan biji jarak pagar. Biji jarak pagar yang menghasilkan minyak jarak pagar kasar dengan rendemen 40% sampai 60%. Buah jarak pagar yang sudah dipanen harus segera diolah (jangan terlalu lama disimpan) karena mutu minyak jarak pagar kasar yang dihasilkan akan menurun. Tanaman jarak pagar mulai berbuah dan produktif penuh pada umur 5 tahun serta umur produktifnya sampai 50 tahun (Prihandana dan Hendroko 2006).
Tanaman jarak pagar dipanen untuk dua tujuan, yaitu sebagai benih dan untuk produksi minyaknya. Biji jarak pagar yang akan digunakan untuk benih ataupun untuk diambil minyaknya sering kali harus melalui penyimpanan. Apabila selama penyimpanan biji jarak pagar tidak cukup kering atau kondisi penyimpanan biji jarak pagar tidak baik, maka biji jarak pagar akan mudah diserang cendawan dan cepat rusak (Sudrajat 2006). Biji jarak pagar yang digunakan sebagai minyak memiliki persyaratan mutu sebagai berikut: Tabel 1 Spesifikasi persyaratan mutu biji jarak (SNI 01-1677-1989) dan minyak biji jarak (SNI 01-1904-1990) Jenis Uji
Satuan
Standar mutu Minyak biji jarak Mutu I Mutu II Jernih dan Jernih dan bebas dari bebas dari benda benda tersuspensikan tersuspensikan 0.25 0.37
Biji Jarak
Biji rusak Biji pecah Benda asing
% % %
Maks. 2.0 Maks. 4.0 Maks. 0.5
Kenampakan
-
-
Kadar air
%
Maks. 7.0
Biji jarak pagar terdiri dari 75% kernel (daging biji) dan 25% kulit dengan komposisi kimia seperti pada Tabel 2. Tabel 2 Kandungan senyawa dalam daging biji jarak pagar (Akityanto 2003) Komponen Minyak/lemak Protein Serat Kasar Air Kayu Karbohidrat
Jumlah (%) 47.25±1.34 24.60±1.40 10.12±0.52 5.54±0.20 4.50±0.15 7.99
Minyak jarak pagar kasar berwarna kekuningan sangat prosfektif untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku biodiesel (Hambali et al. 2007). Hasil penelitian Silip et al. (2010) serta Wanita dan Joko Harto (2006) dalam Situmorang (2009), menunjukkan bahwa buah jarak pagar yang matang adalah buah jarak pagar yang berwarna kuning. Buah jarak pagar yang kuning identifikasi pada umur 41 sampai 45 hari setelah pembuahan (date of bloom).
4
Biji jarak pagar pada buah jarak pagar yang berwarna kuning memberikan rendemen minyak jarak kasar tertinggi. Persyaratan panen biji jarak pagar menurut Direktorat Jenderal Perkebunan (2005) meliputi: 1. Panen dilakukan pada buah jarak pagar yang telah masak dengan ciri kulitnya bewarna hitam atau terbuka. 2. Buah jarak pagar diambil per malai dengan syarat bahwa jumlah buah jarak pagar yang matang lebih banyak daripada buah yang mentah. 3. Buah jarak pagar dikeringkan untuk keperluan produksi minyak. Buah jarak pagar dapat langsung dikeringkan pada sinar matahari sampai kulit mudah dipisahkan dari bijinya, tetapi untuk benih cukup dikeringanginkan. 4. Pemisahan kulit buah jarak pagar dilakukan dengan menggunakan tangan atau mesin. Selanjutnya, biji jarak pagar dikeringkan sampai kadar air 6% sampai 7%. Setelah kering, biji jarak pagar disimpan dalam kantong plastik dan ditutup rapat, kemudian disimpan di atas lantai beralaskan bata atau papan. 5. Buah jarak pagar dalam satu tandan tidak masak serentak karena waktu pembuahan bunga betina tidak terjadi pada hari yang sama.
B. Ekstraksi Minyak Jarak Pagar Kasar Ekstraksi minyak adalah suatu cara untuk mendapatkan minyak atau lemak dari bahan yang diduga mengandung minyak atau lemak. Minyak yang terkandung dalam bahan biasanya dapat diperoleh dari dua metode ekstraksi, yaitu pemerahan dan ekstraksi dengan pelarut. Proses pemerahan biasanya dilakukan dengan pemerahan hidrolik ataupun ulir yang digerakkan secara manual atau dengan mesin. Proses pemerahan biasanya meninggalkan ampas yang masih mengandung 7 sampai 10% minyak, sedangkan ekstraksi pelarut mampu mengambil minyak optimal sehingga ampasnya hanya kurang dari 0.1% berat keringnya (Syah 2006). Dalam pemerahan minyak biji jarak pagar, ada dua faktor yang mempengaruhi banyaknya rendemen minyak jarak pagar kasar yang dihasilkan, yaitu:
5
1. Suhu Pemerahan Sebelum dilakukan pemerahan, biji jarak pagar perlu mendapatkan perlakuan pendahuluan berupa pemasakan (dengan memberikan perlakuan suhu saat pemerahan). Pemasakan biji jarak pagar bertujuan untuk menggumpulkan protein, mematikan enzim lipase, dan membuka sel-sel pembungkus minyak dalam daging biji jarak pagar. Penggumpulan protein diperlukan untuk meningkatkan efisiensi pemerahan, berkurangnya lipase yang aktif akan mengurangi proses hidrolisis trigliserida asam lemak. Jika enzim masih aktif, maka kadar asam lemak bebas pada minyak akan bertambah ketika penyimpanan. Pembukaan sel-sel minyak pada daging biji jarak pagar akan membantu mempercepat proses pemerahan. Dengan pemerahan, umumnya dihasilkan rendemen minyak sampai 30% biji berkulit (Bailey 1950 dan Kirk & Othmer 1964 dalam Liestiyani 2000). Hasil penelitian Situmorang 2009 menyatakan bahwa metode pemerahan minyak jarak pagar kasar yang terbaik adalah dengan menggunakan bahan daging biji jarak pagar (kernel), suhu ekstraksi dibawah 60 oC, dan lama waktu preheating 10 menit. Gambar 2 menunjukkan alat pemerah biji/kernel jarak pagar dan spesifikasi alat pemerah dapat dilihat pada Lampiran 1.
6
Gambar 2 Alat pemerah minyak jarak pagar kasar (Situmorang 2009). Pemerahan minyak jarak pagar kasar biasanya dilakukan dengan hydraulic press pada suhu rendah (cold press), karena minyak yang dihasilkan ditandai sebagai minyak No. 1 menurut standar Amerika (Kirk dan Othmer 1964 di dalam Tim Departemen Teknologi Pertanian USU 2005). Pemerahan dingin pada umumnya dapat mengeluarkan 25% sampai 35% minyak dari dalam biji jarak pagar. Minyak yang dihasilkan kemudian disaring dan akan menghasilkan minyak jarak pagar kasar dengan warna cerah (Kirk dan Othmer 1964 dalam Tim Departemen Teknologi Pertanian USU 2005).
2. Kadar Air Biji Kadar air suatu bahan menunjukkan jumlah air yang dikandung dalam bahan tersebut, baik berupa air bebas maupun air terikat menurut Henderson dan Perry (1976). Pada proses pengeringan, yang pertama mengalami penguapan adalah air bebas dan setelah air bebas maka penguapan selanjutnya terjadi pada air terikat.
7
Menurut Coss (1954) dalam Qibtiah (1987), kadar air yang optimum untuk biji-bijian yang akan perah minyaknya adalah sebesar 6% sampai 7%. Adanya kandungan air dalam jaringan minyak dalam biji-bijian dapat menyebabkan terjadinya reaksi hidrolisa yang akan menghasilkan asam lemak bebas. Semakin rendah kadar air bahan, maka jumlah minyak yang dapat diekstrak akan semakin tinggi. Selain itu, lemak yang ada pada bahan dapat keluar dengan cepat. Menurut Sirisomboon dan Kitchaiya (2009), untuk menentukan waktu pengeringan pada proses pengeringan, kurva kadar air (basis kering) dari kernel berkaitan dengan temperatur pengeringan yang berbeda. Perubahan kadar air kernel jarak pagar dengan waktu pengeringan pada suhu 40 oC, 60 oC, dan 80 oC (Gambar 3), perubahan moisture ratio terhadap kadar air (Gambar 4), dan kandungan minyak dari pengeringan (Tabel 3). Menurut Soetaredjo (2008) di dalam Sirumorang (2009) bahwa perlakuan suhu berpengaruh terhadap karakteristik kimia bahan yang menyebabkan kualitas bahan menurun.
Gambar 3 Hubungan antara kadar air dengan waktu pengeringan kernel jarak pagar (Sirisomboon dan Kitchaiya 2009).
8
Gambar 4 Hubungan antara moisture ratio dengan waktu pengeringan kernel jarak pagar (Sirisomboon dan Kitchaiya 2009). Tabel 3 Kandungan minyak dan sifat-sifat minyak dari beberapa perlakuan suhu kernel jarak pagar (Sirisomboon dan Kitchaiya 2009) Heat Treatment
Oil yield (%by wt)
40 oC 60 oC 80 oC Steaming
36.83 34.20 47.06 18.13
Oleic acid content (% by wt) 0.175 0.431 0.661 -
Acid value
Viscosity (cSt)
Ash (%by wt)
0.350 0.862 1.322 -
34.10 34.53 33.91 -
0.01 0.01 0.01 -
Menurut Sirisomboon dan Kitchaiya (2009), pengeringan di 80 oC memberikan hasil minyak (47,06%) tertinggi, tetapi juga nilai asam tertinggi. Asam tinggi menunjukkan nilai asam lemak bebas tinggi yang menyebabkan abrasi tinggi logam. Pengeringan pada 40 oC memberi sedikit minyak (36,83%) tetapi nilai asam terendah, yang menunjukkan kualitas penggunaan yang lebih baik. Suhu dalam proses pengeringan mempengaruhi viskositas, kandungan asam lemak bebas, dan nilai asam. Hal ini mungkin disebabkan karena adanya panas dan kadar air, yang berkaitan dengan generasi asam lemak bebas. Hasil Penelitian Ginwal et al. (2005) menunjukkan bahwa bobot biji jarak pagar berkorelasi positif dengan rendemen minyak biji jarak pagar kasar. Semakin tinggi bobot biji jarak pagar, maka presentasi rendemen minyak biji jarak pagar kasar akan semakin tinggi. Pada proses pengeringan terdapat dua laju pengeringan, yaitu laju pengeringan konstan dan laju pengeringan menurun. Grafik laju
9
pengeringan ini dapat dilihat pada Gambar 6. Laju pengeringan konstan terjadi karena gaya perpindahan air internal lebih kecil dari perpindahan uap air pada permukaan bahan (Brooker et al. 1974). Laju pengeringan konstan terjadi pada awal proses pengeringan yang kemudian diikuti oleh laju pengeringan menurun. Periode ini dibatasi oleh kadar air kritis (critical moisture content) (Henderson dan Perry 1976). Laju pengeringan konstan terjadi karena gaya perpindahan air internal lebih kecil dari perpindahan uap air pada permukaan bahan menurut Brooker et al. (1974). Laju pengeringan konstan terjadi pada awal proses pengeringan yang kemudian diikuti oleh laju pengeringan menurun. Periode ini dibatasi oleh kadar air kritis (critical moisture content) menurut Henderson dan Perry (1976). Kadar air kritis adalah kadar air terendah dimana laju pelepasan air bebas dari dalam permukaan bahan tidak terjadi lagi. Pada biji-bijian umumnya kadar air ketika pengeringan dimulai lebih kecil dari kadar air kritis, sehingga pengeringan yang terjadi adalah proses pengeringan menurun. Besarnya laju pengeringan berbeda pada setiap bahan. Faktor-faktor yang mempengaruhi laju pengeringan tersebut adalah: 1. Bentuk bahan, ukuran, volume dan luas permukaan. 2. Sifat termofisik bahan, seperti: panas laten, panas jenis spesifik, konduktifitas termal, dan emisivitas termal. 3. Komposisi kimia bahan, misalnya kadar air awal. 4. Keadaan diluar bahan, seperti suhu. Hall
(1957)
menyatakan
pengeringan
merupakan
proses
pengurangan kadar air bahan sampai kadar air tertentu sehingga dapat menghambat laju kerusakan bahan akibat aktivitas biologis dan kimia (Gambar 5). Dasar proses pengeringan adalah terjadinya penguapan air bahan ke udara karena perbedaan kandungan uap air antara udara dengan bahan yang dikeringkan. Agar suatu bahan dapat menjadi kering, maka udara harus memiliki kandungan uap air atau kelembaban nisbi yang lebih rendah dari bahan yang akan dikeringkan.
10
A B
M
C D
E t
Gambar 5 Kurva pengeringan. Laju pengeringan menurun
Laju pengeringan tetap B
A
LP
C
D
E
M
Gambar 6 Kurva karakteristik pengeringan (Hall 1957) dimana: A-B
adalah periode pemanasan
B-C
adalah laju pengeringan konstan
C
adalah kadar air kritis
C-D
adalah periode penurunan laju pengeringan pertama
D-E
adalah periode penurunan laju pengeringan kedua
11
