Jurnal Sains Kimia Vol. 10, No.2, 2006: 51–57
PEMBUATAN MONOGLISERIDA MELALUI GLISEROLISIS MINYAK INTI SAWIT MENGGUNAKAN KATALIS NATRIUM METOKSIDA Herlince Sihotang, Mimpin Ginting Departemen Kimia FMIPA Universitas Sumatera Utara Jl. Bioteknologi No. 1 Kampus USU Medan 20155 Abstrak Minyak inti sawit menggunakan katalis NaOCH3 menghasilkan campuran senyawa Monogliserida (MG), Digliserida (DG) dan Trigliserida(TG) dan dipisahkan melalui kromatografi kolom dengan eluen n-heksana:dietil eter:asam formiat = 80:20:2 (v/v) menghasilkan MG sebesar 37,26% yang dianalisis secara titrasi iodometri. MG yang diperoleh dari hasil pemisahan dielusidasi melalui analisis spektroskopi FT-IR, dan melalui metode titrasi dengan menentukan harga bilangan asam dan bilangan penyabunan diperoleh harga HLB sebesar 13,8. Kata kunci: Ekstraksi, Gliserolisis, Kromatografi Kolom, Kromatografi FT-IR
PENDAHULUAN Kelapa sawit memiliki produktivitas yang lebih tinggi dengan menghasilkan minyak sekitar 7 ton/ha per tahun dibandingkan dengan minyak kedelai yang hanya menghasilkan minyak sebesar 3 ton/ha per tahun. Kelapa sawit menghasilkan minyak kelapa sawit yang dapat diperoleh dari mesokrap buah berkisar 72 – 80% dan minyak inti sawit yang diperoleh dari inti kelapa sawit berkisar 8 – 10%. Minyak inti sawit mempunyai komposisi asam lemak yang mirip dengan minyak kelapa, sehingga banyak digunakan dalam industri bahan makanan misalnya industri margarin dan minyak goreng. Selain produk olahan pangan, minyak inti sawit dapat juga diolah menjadi berbagai jenis produk nonpangan (Naibaho, 1988). Mono- dan diasilgliserida termasuk salah satu produk diversifikasi minyak yang bernilai ekonomi relatif tinggi dan mempunyai prospek pasar yang cukup cerah pada era pasar global. Hal tersebut disebabkan karena mono- dan diasilgliserida dibutuhkan baik dalam industri pangan dan 51
farmasi, industri kosmetika serta produk pencuci atau pembersih, sebagai surfaktan atau bahan emlsifier (Hasanuddin, 2001). Untuk memperoleh senyawa monogliserida tersebut telah banyak diupayakan melalui reaksi gliserolisis terhadap lemak maupun metil ester asam lemak, baik menggunakan katalis secara reaksi kimia maupun katalis enzim lipase secara bioteknologi. Beberapa peneliti terdahulu yang berhasil membuat senyawa monogliserida yaitu melalui gliserolisis tehadap campuran minyak inti sawit dan stearin untuk pembuatan shortening yang mengandung C12 dan C18 (Suarti, B., 2003). Demikian juga gliserolisis minyak kelapa dengan menggunakan katalis natrium hidroksida, kalium hidroksida, dan natrium metoksida maupun secara selektif melalui reaksi ketalisasi terhadap gliserol yang dilanjutkan esterifikasi dengan metil ester asam lemak yang kaya akan kandungan asam lemak C12:0 dan C14:0 diikuti deketelisasi. Berdasarkan hal tersebut, mengingat bahwa minyak inti sawit yang sumbernya cukup potensial serta kaya akan kandungan asam lemak C12:0 dan C14:0 maka peneliti
Pembuatan Monogliserida Melalui Gliserolisis Minyak Inti Sawit (Herlince Sihotang, Mimpin Ginting)
tertarik mensintesis monogliserida melalui reaksi gliserolisis minyak inti sawit dengan menggunakan katalis natrium metoksida. BAHAN DAN METODA Bahan Penelitian bersifat eksperimen laboratorium dengan sampel minyak inti sawit (RBDPO) adalah hasil olahan dari PT Swasta yang diperoleh melalui proses bleaching (pemucatan) dan deodorizing (pemurnian) dengan kadar asam lemak bebas 0,045%. Bahan kimia yang digunakan diperoleh dari retailer bahan kimia di Kota Medan dan umumnya buatan E. Merck. Sebelum pelarut digunakan diredestilasi dan pelarut yang bebas air pada waktu disimpan dalam tabung suasana gas nitrogen diberikan molekuler shive 4 Ao. Analisis FT-IR dilakukan di laboratorium kimia organik FMIPA-UGM, Yogyakarta. Metoda Gliserolisis dilakukan dengan bantuan pengaduk mekanik pada kecepatan 3000 rpm selama 1 jam dalam berbagai perbandingan antara minyak: gliserol. Monogliserida yang dihasilkan diuji secara analisa kromatografi kolom, sedangkan elusidasi struktur dianalisa secara spektroskopi FT-IR, serta pengukuran harga HLB dilakukan melalui metode titrasi asam-basa dengan penentuan harga bilangan penyabunan dan bilangan asam. Gliserolisis Minyak Inti Sawit dengan Gliserol Ke dalam botol aspirator dimasukkan 0,3 mol gliserol dan 1% katalis natrium metoksida, kemudian diaduk dengan pengaduk mekanik dengan kecepatan 3500 rpm sampai natrium metoksida larut, lalu ditambah 0,1 mol minyak inti sawit dan diaduk lagi selama 1 jam.
Hasil gliserolisis dimasukkan ke dalam corong pisah dan ditambahkan dietil eter dan asam sitrat sehingga terbentuk dua lapisan, lapisan atas dicuci dengan akuades dan uapkan dietil eternya. Residu yang diperoleh kemudian dikeringkan dengan alat vakum. Hasil yang diperoleh disimpan di dalam desikator. Diulangi perlakuan yang sama untuk 0,2 mol, 0,3 mol, 0,4 mol, dan 0,5 mol gliserol. Pemisahan Monogliserida, Digliserida dan Trigliserida Sebanyak 30 ml hasil gliserolisis yang diperoleh dimasukkan ke dalam kolom kromatografi yang berisi adsorben silika gel G 60. Selanjutnya dielusi berturut-turut secara bertahap di mana masing masing hasil elusi ditampung dalam wadah yang berbeda. 1. Menggunakan eluen n-heksana untuk mendapatkan trigliserida. 2. Menggunakan eluen n-heksana:dietil eter:asam formiat = 90:10:2 (v/v) untuk mendapatkan digliserida. 3. Menggunakan eluen n-heksana:dietil eter:asam formiat = 80:20:2 (v/v) untuk mendapatkan monogliserida. Masing masing fraksi di atas diuapkan melalui rotarievavorator, selanjutnya untuk menentukan kemurnian daripada monogliserida dilakukan uji analisis KLT, sedangkan strukturnya dianalisis melalui pemeriksaan secara spektroskopi FT-IR. Penentuan Kadar MG Ditimbang 0,15 g MG yang diperoleh dari hasil pemisahan kolom kromatografi, dimasukkan ke dalam gelas erlenmeyer dan dihomogenkan dengan 20 ml kloroform. Ditambah 25 ml asam periodat, kocok dan bagian pinggir gelas erlenmeyer dicuci dengan 3 ml asam asetat glasial lalu didiamkan selama 30 menit pada suhu di bawah 340C. Larutan KI 10% ditambahkan 52
Jurnal Sains Kimia Vol. 10, No.2, 2006: 51–57
sebanyak 10 ml lalu dititrasi dengan natrium tiosulfat 0,1 N sampai warna coklatnya hilang, indikator amilum diteteskan maka terbentuk larutan biru dan titrasi dilanjutkan sampai warna birunya hilang. Dihitung berapa ml natrium tiosulfat yang digunakan pada titrasi ini. Titrasi dilakukan dalam tiga kali pengukuran. Jumlah MG ditetapkan dengan rumus: %MG =
(V0 − V1 ) xNxMr Mx10
Keterangan: V1 = volume natrium tiosulfat untuk uji sampel (ml) V0 = volume natrium tiosulfat untuk uji blangko (ml) N = normalitas natrium tiosulfat M = masa sampel Mr = berat molekul MG yang terdapat pada sampel
Penentuan HLB Melalui Metode Titrasi Harga HLB dapat ditentukan dengan cara menentukan terlebih dahulu bilangan penyabunan dan bilangan asam dari surfaktan tersebut, di mana harga HLB diperoleh dari persamaan berikut: S HLB = 20 (1 - ) A di mana: HLB = Hidrofilik Lifofil Balance S = Bilangan Penyabunan A = Bilangan Asam HASIL DAN PEMBAHASAN
Gliserolisis minyak inti sawit menggunakan katalis NaOCH3 menghasilkan senyawa campuran yang terdiri dari monogliserida, digliserida, dan trigleserida. Gliserolisis terhadap minyak inti sawit menggunakan katalis NaOCH3 dengan berbagai perbandingan diperoleh hasil sebagai berikut:
Tabel 1. Kadar Monogliserida dengan Variasi Mol Reaktan Minyak Inti Sawit 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5
Waktu(Jam) 1 1 1 1 1
% Monogliserida 19,81 30,88 37,26 33,87 26,92
Pengaruh lamanya waktu pengadukan terhadap gliserolisis memberikan hasil seperti pada tabel di atas.
Tabel 2. Kadar Monogliserida dengan Variasi Waktu Waktu(Jam) ½ 1 2
53
Minyak Inti Sawit:Gliserol (mol) 1:3 1:3 1:3
% Monogliserida 23,71 37,26 16,93
Pembuatan Monogliserida Melalui Gliserolisis Minyak Inti Sawit (Herlince Sihotang, Mimpin Ginting)
Identifikasi hasil reaksi secara kromatografi lapis tipis (KLT) menggunakan developer campuran pelarut n-heksan:distil eter:asam formiat = 80:20:2 (v/v) memberikan tiga noda dengan harga Rf = 0,16 untuk monogliserida, Rf = 0,46 untuk digliserida, dan Rf = 0,7 untuk trgliserida. Hasil pemeriksaan ketiga senyawa tersebut secara kromatografi kolom menggunakan silica G.60 untuk tahap pertama dengan eluen n-heksan diperoleh trigliserida, untuk tahap kedua dengan eluen n-heksana:dietil eter:asam formiat = 90:10:2 (v/v) diperoleh digliserida, untuk tahap ketiga dengan eluen n-heksana:dietil
eter:asam formiat = 80:20:2 (v/v) diperoleh monogliserida. Hasil analisa KLT dengan developer n-heksan:dietil eter:asam formiat = 80:20:2 (v/v) diperoleh noda tunggal untuk monogliserida dengan harga Rf = 0,14. Hasil analisa spektroskopi FT-IR untuk monogliserida memberikan puncakpuncak serapan pada daerah bilangan gelombang 3568 cm-1, 3463 cm-1, 2850 cm-1, 1793 cm-1, 1465 cm-1, 1377 cm-1, 1172 cm-1, 1029 cm-1, dan 721 cm-1. Harga HLB ditentukan dengan cara penentuan bilangan penyabunan dan bilangan asam senyawa monogliserida yang dapat dilihat pada tabel di bawah.
Tabel 3. Penentuan Bilangan Penyabunan dengan Metode Titrasi Sampel
Massa Sampel
Volume Titrasi
(gr)
(ml)
-
16,10
-
16,10
-
16,10
Minyak inti
5,177
15,70
Sawit + gliserol
5,240
15,60
5,209
15,65
Blanko
Bilangan penyabunan
-
2,62
Tabel 4. Penentuan Bilangan Asam dengan Metode Titrasi Sampel
Massa Sampel
Volume Titrasi
(gr)
(ml)
Minyak inti
5,272
2,70
Sawit + gliserol
5,117
2,75
5,337
2,72
Bilangan Asam
1,55
54
Jurnal Sains Kimia Vol. 10, No.2, 2006: 51–57
Dengan menggunakan rumus maka dapat diperoleh harga HLB dari senyawa monogliserida yaitu 13,8 yang berfungsi sebagai bahan detergen. Gliserolisis terhadap minyak inti sawit menggunakan katalis NaOCH3 akan menghasilkan gliserolat dalam bentuk campuran monogliserida, diagliserida, dan trigliserida yang dapat dipisahkan secara kromatografi kolom. NaOCH3 merupakan katalis yang efektif di dalam reaksi gliserolisis karena atom C dari NaOCH3 lebih elektropositif sehingga atom O lebih elektronegatif dan juga menyebabkan atom Na dari NaOCH3 lebih elektropositif. Dan dapat dilihat pada tabel kadar MG dengan variasi mol reaktan di mana pada perbandingan mol antara minyak inti sawit: gliserol yaitu 1:3 diperoleh % monogliserida
sebesar 37,26% yang merupakan persentase monogliserida terbesar. Penggunaan gliserol berlebih dalam reaksi gliserolisis bertujuan untuk mengurangi terbentuknya kembali trigliserida karena dengan penambahan gliserol ke dalam campuran reaksi maka trigliserida akan mengalami gliserolisis untuk membentuk monogliserida (Noureddini dan Medikonduru, 1977). Dalam proses gliserolisis lemak dan minyak akan terjadi tahapan-tahapan reaksi reversible di mana monogliserida adalah hasil reaksi utama serta digliserida dan trigliserida juga dihasilkan dalam kesetimbangan reaksi. Mekanisme reaksi yang terjadi diperkirakan sebagai berikut.
Terbentuknya senyawa monogliserida didukung oleh spektrum FT-IR (Gambar 1)
55
Pembuatan Monogliserida Melalui Gliserolisis Minyak Inti Sawit (Herlince Sihotang, Mimpin Ginting)
Gambar 1.Spektrum FT-IR Monogliserida
Spektrum ini memberikan puncak serapan pada daerah bilangan gelombang 1739 cm-1 menunjukkan adanya gugus C=O ester dan terlihat puncak serapannya tidak tajam (melebar) karena monogliserida yang terjadi bukan dari satu jenis molekul melainkan lebih dari satu jenis molekul dan disebabkan juga asam lemak dari minyak inti sawit bukan asam lemak tunggal tetapi terdiri dari beberapa jenis lemak. Puncak serapan pada daerah bilangan gelombang 1172 cm-1 sampai 1029 cm-1 yang merupakan vibrasi C-O-C dari ester. Puncak serapan pada daerah bilangan gelombang 2850 cm-1 merupakan vibrasi stretching CH-sp3 dan didukung puncak serapan pada daerah bilangan gelombang 1465 cm-1 sampai 1377 cm-1 yang menunjukkan adanya gugus metil dan metilen. Puncak serapan pada daerah bilangan gelombang 721 cm-1 menunjukkan vibrasi rocking dari (CH2)n untuk n ≥ 4. Puncak serapan pada bilangan gelombang
3568 cm-1 sampai 3463 cm-1 adalah vibrasi dari gugus OH. Hasil spektrum tidak besar sebagai monogliserida karena terbentuk ikatan hidrogen pada gugus hidroksil antara molekul monogliserida dalam senyawa tersebut sehingga gugus OH yang vibrasinya tidak melebar yang menunjukkan bahwa MG yang dihasilkan membentuk ikatan hidrogen pada gugus-gugus hidroksil antara molekul-molekul MG dalam senyawa tersebut sehingga gugus OH tidak bebas secara total melakukan vibrasi. KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Gliserolisis terhadap minyak inti sawit menggunakan katalis NaOCH 3 menghasilkan senyawa MG yang masih bercampur dengan DG dan TG.
56
Jurnal Sains Kimia Vol. 10, No.2, 2006: 51–57
2. Pemisahan senyawa MG dilakukan melalui cara kromatografi kolom menggunakan silika gel G.60 dan eluen n-heksana: dietil eter: asam formiat = 80:20:2 (v/v). 3. Hasil analisis spektroskopi FT-IR menggambarkan spektrum bahwa senyawa hasil reaksi yang telah dipisahkan secara kromatografi kolom adalah senyawa monogliserida campuran. 4. Senyawa MG yang diperoleh merupakan suatu bahan surfaktan yang digolongkan ke dalam bahan detergen dengan harga HLB = 13,8. DAFTAR PUSTAKA Hasanuddin, A., (2001), ”Kajian Tehnologi Pengolahan Minyak Kelapa Sawit Mentah untuk Produksi Emulsifier MonoDiasigliserol dan Konsentrat Karotenoid”, Makalah Falsafah Sains (PPs702), Institut Pertanian Bogor. Maag, H., (1984), ”Fatty Acid Derivaties: Important Surfactants For Household, Cosmetics and Industrial Purposes”, J. Am. Oil. Chem. Soc., 61,259. Naibaho, P. N., (1988), “Teknologi Pengolahan Kelapa Sawit”, Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS), Medan, Sumatera Utara. Noureddini, H., and Medikonduru,V., (1997), ”Glycerolysis of Fats and Methyl Esters”, J, Am, Oil Chem Soc., 74,419. Noureddini, H., and Harmeler, SE., (1998), ”Enzimatic Glycerolysis of Soybean Oil”, J, Am, Oil Chem Soc., 75,1359. Sadi, S., (1994), ”Gliserolisis Minyak Kelapa Sawit dan Inti Sawit dengan Piridin”, Buletin PPKS, Vol. 2. Smith, M. B. Bassler and T.C. Morril., (1981), ”Spektrometric Identification of Organic Compaunds,” 4 Inc,Canada.
57
th
Ed., Jhon Wiley & Sons,
