TUGAS KONSEP HERBAL INDONESIA
PEMBUATAN MINYAK ESENSIAL DENGAN CARA DESTILASI
Disusun oleh Caroline 1106027655
PROGRAM MAGISTER HERBAL FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS INDONESIA DEPOK 2011
BAB I PENDAHULUAN
Minyak atsiri adalah zat berbau yang terkandung dalam tanaman. Minyak ini disebut juga minyak menguap, minyak eteris, atau minyak esensial karena pada suhu biasa (suhu kamar) mudah menguap di udara terbuka. Istilah esensial dipakai karena minyak atsiri mewakili bau dari tanaman asalnya. Dalam keadaan segar dan murni tanpa pencemar, minyak atsiri umumnya tidak berwarna. Namun, pada penyimpanan lama minyak atsiri dapat teroksidasi dan membentuk resin serta warnanya berubah menjadi lebih tua (gelap). Untuk mencegah supaya tidak berubah warna, minyak atsiri harus terlindungi dari pengaruh cahaya, misalnya disimpan dalam bejana gelas yang berwarna gelap. Bejana tersebut juga diisi sepenuh mungkin sehingga tidak memungkinkan berhubungan langsung dengan oksigen udara, ditutup rapat, serta disimpan di tempat yang kering dan sejuk. Secara kimia, minyak atsiri bukan senyawa tunggal, tetapi tersusun dari berbagai macam komponen yang secara garis besar terdiri dari kelompok terpenoid dan fenil propan. Pengelompokan tersebut juga didasarkan pada awal terjadinya minyak atsiri di dalam tanaman. Penyusun minyak atsiri dari kelompok terpenoid dapat berupa terpenaterpena yang tidak membentuk cincin (asiklik), bercincin satu (monosiklik), ataupun bercincin dua (bisiklik). Masing-masing dapat memiliki percabangan gugus-gugus ester, fenol, oksida, alkohol, aldehid, dan keton. Sementara kelompok fenil propana juga memiliki percabangan rantai berupa gugus-gugus fenol dan eter fenol. Minyak esensial digunakan pada berbagai produk yaitu deterjen, sabun, produk perawatan, kosmetik, farmasi, parfum, makanan, minuman ringan, minuman beralkohol dan insektisida. Produksi dan konsumsi dunia akan minyak esensial dan parfum meningkat pesat. Teknologi produksi merupakan elemen penting untuk meningkatkan hasil total dan kualitas minyak esensial. Teknologi tradisional dalam memperoleh minyak esensial masih banyak digunakan di berbagai belahan dunia. Destilasi air, destilasi air dan uap, destilasi uap, kohobasi, maserasi, dan enfleurage merupakan metode yang paling tradisional dan yang paling umum digunakan. Maserasi digunakan
bila minyak yang dihasilkan dari destilasi kurang baik. Metode destilasi baik digunakan untuk serbuk almond, kelopak mawar, dan bunga mawar. Ekstraksi dengan pelarut sesuai untuk bahan yang mahal, rapuh dan tidak stabil secara thermal seperti melati, tuberose, dan hyacinth. Destilasi air merupakan metode terpilih untuk memproduksi minyak sereh. Minyak atsiri umumnya diisolasi dengan empat metode yang lazim digunakan, yaitu: 1. Metode destilasi terhadap bagian tanaman yang mengandung minyak. Dasar dari metode ini adalah memanfaatkan perbedaan titik didih. 2. Metode penyarian dengan menggunakan pelarut penyari yang cocok. Dasar dari metode ini adalah adanya perbedaan kelarutan. Minyak atsiri sangat mudah larut dalam pelarut organik dan tidak larut dalam air. 3. Metode pengepresan atau pemerasan. Metode ini hanya bisa dilakukan terhadap simplisia yang mengandung minyak atsiri dalam kadar yang cukup besar. Bila tidak, nantinya hanya akan habis di dalam proses. 4. Metode perlekatan bau dengan memanfaatkan media lilin (enfleurage). Metode ini disebut juga metode enfleurage. Metode ini memanfaatkan aktivitas enzim yang diyakini masih terus aktif selama sekitar 15 hari sejak bahan minyak atsiri dipanen.
Diantara metode-metode isolasi tersebut, yang lazim digunakan adalah metode destilasi. Pada industri parfum, mayoritas produksi minyak esensial dikerjakan dengan ekstraksi, menggunakan pelarut yang mudah menguap seperti petroleum eter dan heksan. Kelebihan utama dari ekstraksi dibandingkan dengan destilasi adalah suhu yang seragam dapat dijaga selama proses (umumnya 50ºC). Sebagai hasilnya, minyak hasil ekstraksi memiliki bau yang lebih natural yang tidak dapat dibandingkan dengan
minyak hasil destilasi, yang dapat mengalami perubahan kimia pada suhu tinggi. Hal ini merupakan poin yang penting untuk industri parfum. Namun, metode destilasi lebih murah dibandingkan dengan proses ekstraksi.
Gambar 1. Metode produksi minyak esensial dari tanaman
Destilasi merupakan metode yang paling populer, digunakan secara luas, dan cost-effective untuk memproduksi minyak esensial di seluruh dunia. Destilasi tanaman aromatik secara sederhana menggunakan penguapan atau membebaskan minyak dari membran sel tanaman dengan adanya kelembaban, dengan menerapkan suhu yang tinggi dan kemudian mendinginkan campuran uap untuk memisahkan minyak dari air berdasarkan ketidakbercampuran dan densitas minyak esensial dengan air.
BAB II DESTILASI MINYAK ESENSIAL
2.1.
Prinsip destilasi Prinsip umum dari destilasi adalah pemisahan senyawa yang memiliki
perbedaan tekanan uap pada suhu tertentu. Istilah destilasi merujuk pada pemisahan fisik dari sebuah campuran menjadi dua atau lebih fraksi yang memiliki titik didih yang berbeda. Jika cairan yang terdiri dari dua bahan volatil dipanaskan, uap yang dihasilkan akan mengandung konsentrasi yang tinggi dari bahan yang memiliki titik didih lebih rendah daripada cairan asal. Sebaliknya, jika uap panas didinginkan, bahan yang memiliki titik didih lebih tinggi memiliki tendensi untuk berkondensasi dalam jumlah yang besar daripada bahan dengan titik didih yang lebih rendah.
2.2.
Jenis destilasi Terdapat empat teknik untuk destilasi minyak esensial dari tanaman yang
digunakan, yaitu: a. Destilasi air/water distillation/hydrodistillation b. Destilasi air dan uap (water and steam distillation) c. Destilasi uap (direct steam distillation) d. Destilasi dengan kohobasi (distillation with cohobation)
2.2.1. Destilasi air/water distillation/hydrodistillation Destilasi air merupakan proses paling sederhana dan tertua untuk memperoleh minyak esensial dari tanaman. Destilasi air berbeda dengan destilasi uap terutama pada bahan tanaman yang hampir seluruhnya terendam air dalam penyuling. Salah satu faktor
penting dalam destilasi air adalah air dalam tangki harus selalu dalam jumlah yang cukup selama proses destilasi untuk mencegah overheat dan rusaknya bahan tanaman. Dalam metode ini, air dididihkan dan minyak atsiri dilewatkan pada kondensor dengan uap yang terbentuk. Minyak hasil destilasi air berwarna lebih gelap dan memiliki still notes yang jauh lebih kuat daripada minyak yang dihasilkan dengan metode lain. Metode ini tergolong sederhana dalam desain dan digunakan secara ekstensif oleh produsen minyak esensial skala kecil. Pada destilasi serbuk tanaman, perlu diperhatikan secara khusus karena serbuk bertendensi mengendap di bawah penyuling dan dapat terdegradasi oleh suhu. Juga, untuk bahan tanaman yang bertendensi membentuk mucilage dan meningkatkan viskositas air. Untuk bahan tanaman yang bertendensi mengendap menjadi massa yang teraglomerasi atau teraglutinasi menjadi massa yang tidak dapat dipenetrasi saat uap dilewatkan (seperti kelopak mawar), destilasi air merupakan metode terpilih untuk isolasi minyak esensial dari bahan tanaman tersebut. Walaupun destilasi air masih digunakan, proses destilasi ini memiliki beberapa kerugian, yaitu: a. Karena bahan tanaman yang berada di bawah penyuling masih dapat berkontak langsung dengan api, bahan tanaman tersebut dapat rusak dan mempengaruhi bau minyak esensial. b. Aksi yang lama dari air panas dapat menyebabkan hidrolisis beberapa kandungan senyawa dari minyak esensial, misalnya ester. c. Panas sulit diatur, yang dapat menyebabkan perbedaan laju destilasi d. Proses lambat dan waktu yang diperlukan lebih lama dibandingkan dengan destilasi uap. e. Komponen teroksigenasi seperti fenol bertendensi untuk larut dalam air, sehingga sulit dilakukan pemisahan dengan destilasi.
Gambar 2. Metode deg bhapka, metode tradisional India dalam destilasi minyak atsiri berdasarkan destilasi air
Gambar 3. Peralatan destilasi air skala laboratorium tipe Clevenger 2.2.2. Destilasi air dan uap (water and steam distillation) Untuk mengeliminasi kelemahan destilasi air, dibuatlah beberapa modifikasi pada unit destilasi. Sebuah logam berlubang diletakkan dalam distillation still, untuk meletakkan bahan tanaman dan untuk menghindari kontak langsung dengan alas yang panas. Saat tinggi air dijaga dibawah logam berlubang, minyak esensial akan terdestilasi oleh uap yang berasal dari air mendidih. Metode inilah yang disebut sebagai destilasi air dan uap. Field distillation unit (FDU), juga dikenal sebagai unit destilasi tipe api langsung, didesain berdasarkan prinsip destilasi air dan uap. Unit ini mudah dibuat dan
dapat dipasang di lahan pertanian. Oleh karena konstruksi yang sederhana, biaya rendah dan mudah digunakan, FDU sangat populer digunakan oleh produsen minyak esensial di negara berkembang. Kelebihan destilasi air dan uap:
Menghasilkan minyak esensial dalam jumlah yang lebih banyak.
Komponen minyak esensial lebih sedikit kemungkinannya untuk mengalami hidrolisis dan polimerisasi.
Kualitas minyak yang dihasilkan lebih reproducible dibandingkan dengan destilasi air
Proses lebih cepat sehingga lebih efisien.
Kekurangan destilasi air dan uap:
Dikarenakan tekanan yang rendah dari uap yang terbentuk, minyak yang memiliki titik didih yang tinggi memerlukan kuantitas uap yang lebih besar untuk penguapan dan waktu destilasi yang lebih lama.
Bahan tanaman menjadi basah, sehingga memperlambat destilasi karena air harus diuapkan untuk berkondensasi.
Gambar 3. (a) Field distillation unit (FDU) lokal di India; (b) FDU yang telah dikembangkan oleh CIMAP (Central Institute of Medicinal and Aromatic Plants)
2.2.3. Destilasi uap (direct steam distillation) Pada direct steam distillation, bahan tanaman didestilasi dengan uap yang dihasilkan dari luar tangki dalam generator uap atau boiler. Seperti pada destilasi air dan uap, bahan tanaman diletakkan di logam berlubang (perforated grid) diatas steam inlet. Penggunaan uap bertekanan tinggi dalam unit destilasi uap modern menjadikan destilasi minyak esensial jauh lebih cepat dan lengkap. Destilasi uap merupakan metode yang lebih efisien dalam memperoleh minyak yang memiliki titik didih yang tinggi dan bahan yang keras seperti akar dan kayu, misalnya cendana, cedarwood, dan nagarmotha. Destilasi uap juga mengurangi waktu yang diperlukan untuk esktraksi minyak esensial. Selain itu biaya bahan bakar juga lebih rendah karena efisiensi suhu yang lebih tinggi.
Gambar 4. Unit destilasi uap
Minyak atsiri umumnya diperoleh dengan cara destilasi uap dari bagian tanaman yang mengandung minyak atsiri, dimana metode yang digunakan tergantung pada apakah bagian tanaman yang akan diambil minyak atsirinya tersebut masih segar atau kering. Jika bagian tanaman yang digunakan adalah yang sudah dikeringkan (contohnya kayu manis, cengkeh) diperlukan air untuk membasahi dan kemudian uap dilewatkan pada campuran yang dibasahi. Karena minyak atsiri dapat rusak dengan pemanasan langsung, uap dilewatkan ke dalam container yang memuat obat. Lapisan minyak dari destilat yang terkondensasi dipisahkan dari lapisan akuosa, dan kemudian minyak ini dapat langsung dipasarkan dengan atau tanpa pemrosesan lebih lanjut.
Untuk bagian tanaman yang masih segar (contohnya peppermint, spearmint), bahan dipanen dan dimasukkan langsung ke dalam distilling chamber. Karena bahan masih segar dan memiliki kelembaban/kadar air, sehingga tidak diperlukan pembasahan. Uap yang dilewatkan pada bahan segar membawa tetesan minyak ke dalam condensing chamber. Kelebihan direct steam distillation:
Jumlah uap dapat dikontrol.
Tidak ada dekomposisi thermal dari kandungan minyak esensial.
Merupakan metode yang paling banyak digunakan untuk produksi minyak esensial skala besar.
Kekurangan direct steam distillation:
Metode ini memerlukan biaya yang sangat besar dibandingkan dengan destilasi air maupun destilasi air dan uap.
2.2.4. Destilasi dengan kohobasi (distillation with cohobation) Kohobasi adalah teknik yang dapat digunakan untuk destilasi air atau untuk destilasi air dan uap. Teknik ini menggunakan proses mengembalikan cairan destilat ke dalam distillation still setelah minyak dipisahkan dari cairan tersebut sehingga dapat dididihkan kembali. Pada dasarnya, metode ini merupakan improvisasi dari unit destilasi uap dan air dengan api langsung untuk minyak yang memiliki solubilitas parsial dalam air. Walaupun mayoritas minyak esensial memiliki kelarutan yang terbatas dalam air, beberapa minyak seperti minyak yang berasal dari mawar, lavender, dan geranium memiliki kelarutan yang lebih tinggi. Pada ekstraksi semacam itu, hilangnya minyak bersama dengan air destilasi dapat menjadi besar. Hal ini dapat diatasi dengan mengembalikan air kondensat dari separator kembali ke distillation still; hal ini yang disebut sebagai kohobasi.
Gambar 5. Unit destilasi dengan kohobasi
2.3.
Parameter yang mempengaruhi hasil dan kualitas minyak esensial Hasil dan kualitas minyak esensial dari destilasi uap dipengaruhi oleh berbagai
parameter proses. Beberapa parameter penting tersebut adalah sebagai berikut:
Metode destilasi Teknik destilasi harus dipilih berdasarkan titik didih minyak esensial dan sifat dari bahan tanaman, karena kandungan panas dan suhu uap dapat merubah karakteristik destilasi. Untuk minyak esensial dengan titik didih yang tinggi, seperti minyak esensial yang berasal dari kayu (misalnya cendana dan cedarwood) dan akar, minyak esensial harus diekstraksi menggunakan destilasi uap. Karena kandungan panas dan suhu uap bergantung pada tekanan uap, perubahan tekanan uap dapat merubah karakteristik destilasi. Kandungan minyak esensial yang memiliki titik didih yang tinggi umumnya memerlukan uap bertekanan tinggi untuk terdestilasi.
Desain peralatan Desain tangki, kondensor atau separator yang tidak baik dapat mengakibatkan hilangnya minyak esensial dan investasi yang tinggi. Desain peralatan destilasi
mempengaruhi kontrol panas dari laju destilasi. Rasio tinggi tangki dengan diameternya sangat penting. Begitu pula penggunaan kondensor dengan desain yang tidak baik dan tanpa mengkalkulasikan area transfer panas berdasarkan perpindahan uap akan mengakibatkan kondensasi yang tidak baik dan kehilangan minyak esensial.
Bahan/materi peralatan Minyak esensial yang bersifat korosif harus didestilasi dalam distillation still yang terbuat dari bahan yang resisten, seperti aluminium, tembaga atau baja nirkarat. Tangki dapat dibuat dari logam yang lebih murah seperti baja sedang atau besi tergalvanisasi, dan kondensor serta separator dapat dibuat dari bahan yang resisten seperti baja nirkarat. Karena hanya uap yang ada dalam tangki, karat dan produk korosi lainnya tidak terbawa ke dalam minyak esensial. Hal ini dapat memberikan penghematan dalam biaya peralatan. Minyak esensial yang bernilai tinggi dan mahal seperti mawar, agarwood, kewda, cendana, dan lavender harus didestilasi dalam sistem baja nirkarat.
Kondisi bahan mentah/raw material Kondisi raw material sangat penting karena beberapa bahan seperti akar dan biji tidak akan menghasilkan minyak esensial dengan mudah apabila didestilasi dalam wujud alaminya. Bahan tersebut harus dihancurkan, diserbuk atau direndam dalam air untuk mengekspos sel minyaknya. Perajangan juga akan merubah densitas pengemasan bahan saat ditempatkan dalam distillation still. Pengeringan dan pelayuan sebelum didestilasi juga memberikan efek pada destilasi. Jika diperlukan, pengeringan tanaman sebelum destilasi harus dilakukan pada tempat yang teduh dan bahan yang sudah dikeringkan tidak boleh disimpan dengan cara ditumpuk.
Durasi waktu destilasi Kandungan yang berbeda dari minyak esensial terdestilasi sesuai dengan titik didihnya masing-masing. Oleh karena itu, fraksi dengan titik didih yang paling tinggi akan terbentuk paling akhir. Jika destilasi dihentikan terlalu cepat, maka
kandungan dengan titik didih yang tinggi akan hilang. Pada banyak tanaman aromatik, seperti vetiver, patchouli, chamomile, cendana dan agarwood, fraksi dengan titik didih yang tinggi ini sangat bernilai karena kualitas aromanya. Oleh karena itu durasi waktu destilasi harus ditetapkan dengan cermat.
Pemasukan raw material dan distribusi uap Pemasukan bahan tanaman yang tidak sesuai akan menyebabkan destilasi yang tidak lengkap. Bahan tanaman harus dimasukkan secara merata dan seragam ke dalam tangki tanpa tersisa. Pemasukan bahan tanaman secara berlebihan juga dapat mengakibatkan terbentuknya ‘lubang tikus’ yang dapat mengakibatkan lolosnya uap tanpa menguapkan minyak. Untuk bahan berupa serbuk, ayakan yang terbuat dari baja nirkarat yang sesuai atau kain muslin harus diletakkan di bagian bawah untuk mencegah bahan tanaman jatuh ke dalam dasar tangki.
Parameter pelaksanaan Kontrol yang baik dari laju injeksi dan tekanan pada unit destilasi diperlukan untuk mengoptimasi suhu ekstraksi untuk hasil yang maksimal. Umumnya, uap bertekanan tinggi tidak disarankan untuk destilasi minyak atsiri. Suhu kondensat tidak boleh terlalu tinggi karena dapat mengakibatkan hilangnya minyak karena penguapan.
Kondisi tangki dan peralatan Tangki dan peralatan lainnya tidak boleh berkarat. Jika berkarat, tangki harus dibersihkan dengan larutan soda encer. Logam berlubang tidak boleh rusak atau memiliki lubang besar yang melewatkan bahan tanaman ke bagian bawah tangki dan menyebabkan bau terbakar. Tangki destilasi harus teruapi dengan baik untuk destilasi multibahan.
2.4.
Purifikasi minyak esensial kasar Minyak esensial yang diperoleh dari separator minyak adalah berupa minyak
esensial kasar. Minyak esensial kasar tersebut dapat mengandung pengotoran dan air. Minyak esensial kasar tersebut juga dapat mengandung zat-zat yang dapat menurunkan
kualitasnya. Keberadaan air dan pengotoran mempengaruhi mutu minyak dan mempercepat polimerisasi dan reaksi lainnya yang tidak diinginkan. Penambahan zat pengering seperti natrium sulfat anhidrat pada minyak, didiamkan semalam dan diikuti oleh filtrasi akan menghilangkan kadar air dan pengotoran dari minyak. Sentrifugasi berkecepatan tinggi umum digunakan untuk mengklarifikasi minyak esensial. Minyak esensial direktifikasi atau diredestilasi secara berulang untuk menghilangkan zat yang tidak diinginkan. Untuk menjaga suhu redestilasi dalam batas yang diperbolehkan, proses tersebut dilakukan dengan vakum atau dengan bantuan destilasi uap.
BAB III KESIMPULAN
Destilasi merupakan metode yang paling banyak digunakan untuk mengekstraksi minyak esensial. Prinsip umum dari destilasi adalah pemisahan senyawa yang memiliki perbedaan tekanan uap pada suhu tertentu. Terdapat empat metode destilasi yang digunakan untuk memperoleh minyak esensial dari tanaman, yaitu destilasi air; destilasi air dan uap; destilasi uap; dan destilasi dengan kohobasi. Pemilihan yang tepat terhadap teknik destilasi, desain dan peralatan, dan parameter proses mempunyai peranan yang vital dalam menentukan kualitas dan hasil minyak esensial. Minyak yang dihasilkan dari proses destilasi umumnya masih berupa minyak esensial kasar, yang dapat mengandung pengotoran dan air, yang dapat menurunkan kualitasnya. Oleh karena itu, diperlukan proses purifikasi untuk menghilangkan kadar air dan pengotoran dari minyak.
DAFTAR PUSTAKA
1. Agoes, G. 2007. Teknologi Bahan Alam. Bandung: Penerbit ITB. 2. Anonim. 2000. Parameter Standar Umum Ekstrak Tumbuhan Obat. Jakarta: Direktorat Pengawasan Obat Tradisional, Direktorat Jenderal Pengawasan Obat dan Makanan, Departemen Kesehatan RI. 3. Claus, E.P. 1961. Pharmacognosy, 4th ed. Philadelphia: Lea & Febringer. 4. De Silva, T. 1995. A Manual on the Essential Oil Industry. Vienna: United Nations Industrial Development Organization. 5. Gunawan, D. & S. Mulyani. 2004. Ilmu Obat Bahan Alam (Farmakognosi) Jilid 1. Jakarta: Penebar Swadaya. 6. Handa, S.S., et al (Ed). 2008. Extraction Technologies for Medicinal and Aromatic Plants. Trieste: United Nations Industrial Development Organization and The International Centre for Science and High Technology. 7. Heinrich, M., et al. 2009. Farmakognosi dan Fitoterapi, terj. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC. 8. Holland, C.D. 1997. Fundamentals of Multicomponent Distillation. New York: McGraw-Hill Primis Custom Publishing.
