Model Perpindahan Massa Pada Pemurnian Siklodekstrin Dengan Membran Ultrafiltrasi Aliran Silang
YENI ELIZA MARYANA
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Model Perpindahan Massa Pada Pemurnian Siklodekstrin Dengan Membran Ultrafiltrasi Aliran Silang adalah karya saya sendiri dengan arahan komisi pembimbing dan belum pernah diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini. Bogor, April 2008
Yeni Eliza Maryana NRP F351040141
ABSTRACT YENI ELIZA MARYANA. The Mass Transfer Model Of Cyclodextrin Purification By Mean Of Cross-Flow Ultrafiltration. Under direction by ERLIZA NOOR and PRAYOGA SURYADARMA. Cyclodextrin is one of the products of starch modification by means of enzymatic conversion using CGTase enzyme. It contain not only α, β, γ cyclodextrin but also impurities such as substrate residue, dextrin, simple sugar, enzyme residue and minerals. Membrane separation was used to purify cyclodextrin solution. The objective of this research was to get cyclodextrin with higher purity level and acquaring suitable mass transfer model for cyclodextrin purification using ultrafiltration Based on research, it was known that cyclodextrin solution is a nonNewtonian fluid and pseudoplastic. The result of measurement of water flux treatment agains time showed that water flux was relatively constant at different pressure (0.5 bar – 2 bar). From the measurement on the operating time of the cyclodextrin solution, it was discovered that the solution’s flux rapidly decreased and reached stationary after 15 – 20 minutes. The research on the effect of feed pressure, flow rate and concentrate on flux showed that permeat flux increased as the pressure increased. At the pressure above 2.2 bar, the flux started to be constant. The permeat flux also increased as the flow rate increased (0.01 m/s – 0.06 m/s) and decreased as the concentrate increased. The ultrafiltration process of cyclodextrin was able to reject all existing impurities in the solution indicated by the rejection value of 100 % againts substrate residue and enzyme on different concentrate and flow rates. The process of mass transfer for cyclodextrin purification using ultrafiltration (900 Da – 1100 Da) was dominated by change in viscosity at the boundary layer area that followed charcosset and choplin model. Keywords: purification cyclodextrin, ultrafiltration, mass transfer coefficient
RINGKASAN YENI ELIZA MARYANA. Model Perpindahan Massa Pada Pemurnian Siklodekstrin Dengan Membran Ultrafiltrasi Aliran Silang. Dibimbing oleh ERLIZA NOOR dan PRAYOGA SURYADARMA. Siklodekstrin merupakan salah satu produk modifikasi pati yang dihasilkan secara enzimatis menggunakan enzim CGTase. Siklodekstrin yang dihasilkan dari proses enzimatis selain mengandung α, β dan γ -siklodekstrin juga terdiri dari bahan pengotor berupa sisa substrat, dektrin, gula sederhana, sisa enzim dan mineral. Pemisahan dengan membran digunakan untuk memurnikan larutan siklodekstrin. Tujuan dari penelitian ini adalah memperoleh siklodekstrin dengan tingkat kemurnian yang tinggi dan memperoleh model perpindahan massa yang sesuai untuk pemurnian siklodekstrin dengan ultrafiltrasi. Pada penelitian ini digunakan membran ultrafiltrasi berbentuk tubular dengan MWCO 20000 Da. Berdasarkan hasil penelitian didapatkan bahwa larutan siklodektrin termasuk dalam kategori fluida non-Newtonian dan bersifat pseudoplastis dan hubungan viskositas dengan laju geser mengikuti hukum power yaitu viskositas larutan pada berbagai konsentrasi (C = 46 g/L ; C = 101 g/L) menunjukkan nilai yang tetap dan menurun dengan meningkatnya laju geser. Hasil pengukuran terhadap perlakuan fluksi air terhadap waktu, ditunjukkan bahwa fluksi air relatif konstan pada berbagai tekanan (0.5 bar – 2 bar). Berdasarkan pengukuran terhadap waktu operasi larutan siklodekstrin diketahui bahwa fluksi larutan siklodekstrin menurun cepat di awal operasi dan mencapai mencapai tunak setelah 15 – 20 menit. Berdasarkan penelitian terhadap pengaruh tekanan umpan, laju alir dan konsentrasi terhadap fluksi diketahui bahwa fluksi permeat meningkat dengan kenaikan tekanan. Pada tekanan di atas tekanan 2.2 bar nilai fluksi mulai konstan. Fluksi permeat juga meningkat dengan kenaikan laju alir dan menurun dengan kenaikan konsentrasi. Proses ultrafiltrasi siklodekstrin dapat merejeksi semua pengotor yang ada dalam larutan siklodekstrin yang ditunjukkan dengan nilai rejeksi 100 % terhadap sisa substrat dan enzim pada berbagai konsentrasi dan laju alir. Tidak semua
molekul siklodekstrin lolos melewati membran, molekul siklodekstrin ada yang tertahan di permukaan membran. Rejeksi terhadap siklodekstrin adalah 19.2 % sampai 75.9 persen pada berbagai laju alir dan konsentrasi siklodekstrin. Peristiwa perpindahan massa untuk pemurnian siklodekstrin menggunakan ultrafiltrasi (900 Da – 1100 Da) didominasi oleh perubahan viskositas di daerah lapisan batas (boundary layer) sesuai dengan model Charcosset dan Choplin. Kata kunci: pemurnian siklodekstrin, ultrafiltrasi, koefisien perpindahan massa
© Hak Cipta milik Institut Pertanian Bogor (IPB), tahun 2008 Hak cipta dilindungi Undang-undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
Model Perpindahan Massa Pada Pemurnian Siklodekstrin Dengan Membran Ultrafiltrasi Aliran Silang
YENI ELIZA MARYANA
Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008
Judul Tesis Nama NRP
: Model Perpindahan Massa Pada Pemurnian Siklodekstrin Dengan Membran Ultrafiltrasi Aliran Silang : Yeni Eliza Maryana : F 351040141
Disetujui, Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Erliza Noor Ketua
Prayoga Suryadarma, S.TP. MT Anggota
Diketahui, Ketua Program Studi Teknologi Industri Pertanian
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Prof. Dr. Ir. Djumali Mangunwidjaja, DEA
Judul Tesis : Model Perpindahan Massa Pada Pemurnian Siklodekstrin dengan Membran Ultrafiltrasi Aliran Silang Nama : Yeni Eliza Maryana NRP : F 351040141
Disetujui, Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Erliza Noor Ketua
Prayoga Suryadarma, S.TP. MT Anggota
Diketahui, Ketua Program Studi Teknologi Industri Pertanian
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Irawadi Jamaran
Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS.
Tanggal Ujian:
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji syukur atas segala ridho, rahmat dan hidayah Allah SWT sehingga tesis ini dapat penulis selesaikan. Tesis yang berjudul Model Perpindahan Massa Pada Pemurnian Siklodekstrin Dengan Membran Ultrafiltrasi Aliran Silang merupakan kelengkapan tugas akhir untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Sekolah Pascasarjana IPB. Penelitian dan penulisan tesis ini di bawah bimbingan Dr. Ir. Erliza Noor dan Prayoga Suryadarma S.TP. MT. Terima kasih dan penghargaan penulis sampaikan atas bimbingan dan arahan yang diberikan sejak penyusunan dan perencanaan penelitian hingga selesai penulisan. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Prof. Dr. Djumali Mangunwidjaja, DEA selaku dosen penguji, yang telah memberikan masukan untuk kesempurnaan penyusunan tesis ini. Penghargaan penulis sampaikan kepada Rektor Institut Pertanian Bogor (IPB), Dekan Sekolah Pascasarjana IPB dan Ketua Program Studi Teknologi Industri Pertanian (TIP) Sekolah Pascasarjana IPB yang telah menerima penulis untuk melanjutkan Program S2 di IPB. Terima kasih juga disampaikan kepada ayahanda tercinta Robaman Mahmud, ibunda Mardalini, kakak Desmilia Eka, Adik Adi Prabowo, dan Abang M. Wardiansyah atas segala bantuan, doa, kesabaran, dorongan dan pengertian yang diberikan secara tulus dan ikhlas selama penulis menempuh pendidikan. Disamping itu, terima kasih dan penghargaan diucapkan kepada temanteman penulis: Budi, Fitri Zaenab, Puspita, Hendrix, teman-teman TIP angkatan 2004 & 2005, adik-adik kos Pondok Bisma serta semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah membantu dalam proses penyelesaian tesis ini. Penulis menyadari bahwa tesis ini tidak luput dari kelemahan dan kekurangan, sehingga saran untuk perbaikan sangat diharapkan. Semoga karya tulis ini dapat bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan. Bogor, April 2008
Yeni Eliza Maryana
