PERMUKAAN RESPON PENGARUH SUHU, LAJU ALIR CAIRAN DAN TEKANAN TERHADAP PENGHILANGAN ASAM AKONITAT PADA KARBONATASI RAW SUGAR MENGGUNAKAN REAKTOR VENTURI BERSIRKULASI
Oleh
Rizki Lianti F34103064
2007 FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
Rizki Lianti. F34103064. Permukaan Respon Pengaruh Suhu, Laju Alir Cairan dan Tekanan Terhadap Penghilangan Asam Akonitat pada Karbonatasi Raw Sugar Menggunakan Reaktor Venturi Bersirkulasi. Di bawah bimbingan Sapta Raharja dan Prayoga Suryadarma. 2007.
RINGKASAN Raw sugar merupakan gula yang dihasilkan dari pengolahan tebu atau bit melalui proses defekasi. Gula ini tidak layak untuk dikonsumsi karena masih mengandung bahan pengotor. Selain itu, raw sugar belum memenuhi kualitas gula rafinasi untuk industri makanan dan minuman. Oleh karena itu, raw sugar harus dimurnikan agar layak dikonsumsi dan digunakan sebagai gula yang berkualitas tinggi untuk industri. Salah satu bahan pengotor di dalam nira tebu adalah asam organik, dimana asam organik yang utama adalah asam akonitat. Keberadaan asam akonitat dalam nira akan mengganggu proses penguapan nira. Hal itu dapat terjadi karena asam akonitat akan membentuk kerak pada area pemanas dan mengganggu proses pindah panas, sehingga menurunkan kinerja tangki penguapan. Selain itu, asam akonitat mengganggu proses pengkristalan gula dimana asam akonitat akan membentuk ikatan kompleks dengan kristal gula, sehingga akan mempengaruhi bentuk dan keadaan badan kristal gula. Keberadaan asam akonitat juga akan memperkecil sugar recovery (pengolahan ulang cairan sisa yang masih mengandung sejumlah gula). Penghilangan asam akonitat yang kurang efisien selama proses pengolahan, akan menyebabkan masih terdapatnya asam akonitat dalam kristal raw sugar, sehingga akan mempengaruhi rendahnya kualitas dari kristal raw sugar. Oleh karena itu, asam akonitat dalam raw sugar harus dihilangkan dan penghilangan asam akonitat dengan karbonatasi adalah lebih baik dibandingkan sulfitasi, fosfatasi, dan defekasi. Proses karbonatasi dipengaruhi oleh suhu, dimana peningkatan suhu akan mempercepat proses karbonatasi untuk penghilangan bahan pengotor termasuk asam akonitat. Adanya Reaktor Venturi Bersirkulasi (RVB) diharapkan dapat meningkatkan efisiensi pencampuran untuk karbonatasi. Dalam RVB, peningkatan laju alir cairan yang melewati celah sempit (nozzle) akan menghasilkan energi kinetik cairan yang besar pada nozzle. Hal itu menyebabkan tumbukan antara cairan dan gas dalam venturi semakin intensif, sehingga absorpsi gas oleh cairan akan semakin baik. Di lain pihak, peningkatan tekanan gas dalam reaktor akan meningkatkan difusi gas ke dalam venturi, sehingga reaksi akan semakin cepat. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui faktor-faktor yang berpengaruh dan mengetahui permukaan respon faktor yang berpengaruh pada proses karbonatasi raw sugar menggunakan RVB terhadap penghilangan asam akonitat. Rancangan percobaan yang digunakan adalah rancangan faktorial dua taraf dengan tiga faktor, yaitu suhu, laju alir cairan, dan tekanan, sedangkan untuk mengetahui permukaan respon yaitu pada kondisi penghilangan asam akonitat terbaik, digunakan metode permukaan respon (Response Surface
Methodology). Nilai rendah dan tinggi untuk suhu adalah 30°C dan 60ºC, laju alir cairan 300 dan 600 l/jam, tekanan 0.3 dan 0.5 kg/cm2. Berdasarkan hasil analisis statistik, diketahui bahwa suhu dan tekanan merupakan faktor yang memberikan pengaruh signifikan terhadap penurunan jumlah asam akonitat di dalam larutan raw sugar hasil karbonatasi menggunakan RVB pada tingkat kepercayaan 58.80 persen dan 56.68 persen, dengan persen pengaruh 0.34 persen dan 47.84 persen. Laju alir cairan memberikan pengaruh pada tingkat kepercayaan 29.99 persen dan persen pengaruh sebesar 0.01 persen. Hasil analisa metode permukaan respon diketahui kondisi terbaik untuk penghilangan asam akonitat adalah sebesar 4.01 ppm pada suhu reaksi 49°C, tekanan 0.26 kg/cm2, dan laju alir cairan 600 l/jam.
SURAT PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul “Permukaan Respon Pengaruh Suhu, Laju Alir Cairan dan Tekanan Terhadap Penghilangan Asam Akonitat pada Karbonatasi Raw Sugar Menggunakan Reaktor Venturi Bersirkulasi” adalah hasil karya saya sendiri dengan arahan dosen pembimbing akademik, kecuali yang dengan jelas ditunjukkan rujukannya.
Bogor, Oktober 2007 Yang membuat pernyataan
Rizki Lianti F34103064
PERMUKAAN RESPON PENGARUH SUHU, LAJU ALIR CAIRAN DAN TEKANAN TERHADAP PENGHILANGAN ASAM AKONITAT PADA KARBONATASI RAW SUGAR MENGGUNAKAN REAKTOR VENTURI BERSIRKULASI
SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh
Rizki Lianti F34103064
2007 FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
PERMUKAAN RESPON PENGARUH SUHU, LAJU ALIR CAIRAN DAN TEKANAN TERHADAP PENGHILANGAN ASAM AKONITAT PADA KARBONATASI RAW SUGAR MENGGUNAKAN REAKTOR VENTURI BERSIRKULASI
SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh Rizki Lianti F34103064 Dilahirkan pada tanggal 5 Juli 1985 Di Palembang Tanggal Lulus : Oktober 2007 Menyetujui, Bogor, Oktober 2007
Dr.Ir. Sapta Raharja, DEA Pembimbing I
Prayoga Suryadarma, S.TP, MT Pembimbing II
BIODATA PENULIS
Penulis adalah putri pertama dari empat bersaudara, yang dilahirkan oleh pasangan Anwar dan Esti Rahayu di Palembang pada tanggal 5 Juli 1985. Penulis mulai memasuki dunia pendidikan di TK Aisyah Bustanul Athfal Curup-Bengkulu pada tahun 1989. Kemudian penulis melanjutkan pendidikan dasar di SDN 2 Centre CurupBengkulu
pada
tahun
1991.
Penulis
melanjutkan
pendidikan di SLTP N 1 Curup-Bengkulu hingga lulus pada tahun 2000. Kemudian penulis melanjutkan pendidikan di SMU N 1 Curup-Bengkulu hingga lulus pada tahun 2003. Pada tahun 2003 penulis melanjutkan pendidikan tinggi di Depertemen Teknologi Industri Pertanian (TIN), Fakultas Teknologi Pertanian (FATETA), Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur USMI (Undangan Seleksi Masuk IPB). Selama menjadi mahasiswi Institut Pertanian Bogor, penulis terlibat dalam kegiatan kemahasiswaan seperti pada tahun 2003, yaitu Lepas Landas Sarjana Fakultas Teknologi Pertanian IPB Bogor, tahun 2005 Step On Fire Himalogin IPB Bogor dan Hari Warga Industri Himalogin IPB Bogor. Penulis juga pernah mengikuti seminar yang bertemakan lingkungan, motivasi, industri, dan manajemen. Untuk kegiatan di luar kampus, penulis pernah menjadi pengajar privat kimia di Nurul Ilmi Bogor pada tahun 2004. Penulis melaksanakan praktek kerja lapang pada tahun 2006 dengan topik ”Mempelajari Proses Produksi dan Pengawasan Mutu Gula di PT PG Rajawali II Unit PG Tersana Baru Cirebon Jawa Barat”. Untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknologi Pertanian, penulis melakukan penelitian dengan judul ”Permukaan Respon Pengaruh Suhu, Laju Alir Cairan dan Tekanan Terhadap Penghilangan Asam Akonitat pada Karbonatasi Raw Sugar Menggunakan Reaktor Venturi Bersirkulasi”. Alhamdulillah, pada tahun 2007 penulis menyelesaikan pendidikan strata-1 dengan gelar Sarjana Teknologi Pertanian.
KATA PENGANTAR
Syukur alhamdulillah kehadirat Allah SWT karena atas berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian dengan judul “ Permukaan Respon Pengaruh Suhu, Laju Alir Cairan dan Tekanan Terhadap Penghilangan Asam Akonitat pada Karbonatasi Raw Sugar Menggunakan Reaktor Venturi Bersirkulasi (RVB)”. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih yang sebesarbesarnya kepada : 1. Dr. Ir. Sapta Raharja, DEA dan Prayoga Suryadarma S.TP, MT, selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberikan arahan, ilmu, nasihat dan bimbingan baik selama penulis menjalani kegiatan akademis, penelitian dan penulisan skripsi. 2. Ir. Andes Ismayana, MT selaku dosen penguji yang telah memberikan saran untuk penyempurnaan skripsi ini. 3. PT. Jawamanis Rafinasi Cilegon Banten atas bantuan pengadaan raw sugar untuk penelitian. 4. Laboran di Departemen Industri Pertanian atas segala bantuan selama penulis melaksanakan penelitian. 5. Ibu, Bapak, Aki, Nenek dan adik-adikku tercinta atas pengertian, pengorbanan, kasih sayang, dukungan, semangat, dan doa-doanya. 6. Teman sepenelitian “ Sugar Venturi’s Team Agung, Furi dan Ratih atas kerja samanya. 7. Mbak Ani, Mbak Oryza, Mbak uki dan Mbak Ritna, Mba Tina atas bantuan, motivasi, dan doanya selama ini. 8. Teman-teman TIN 40 atas canda tawa kalian, persaudaraan dan persahabatan selama ini, tidak bisa terlupakan dan selalu dirindukan. 9. Teman-teman Maharlika atas kekeluargaan, keceriaan yang diberikan kepada penulis.
iii
10. Semua pihak yang telah memberikan dukungan dan bantuan yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari, usaha maksimal yang telah dilakukan belum mencapai kesempurnaan dikarenakan keterbatasan, namun penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat bagi kalangan civitas akademik dan pihak yang membutuhkan. .
Bogor, Oktober 2007
Penulis
iv
DAFTAR ISI
Halaman KATA PENGANTAR .................................................................................. iii DAFTAR ISI.................................................................................................. v DAFTAR TABEL........................................................................................ vii DAFTAR GAMBAR .................................................................................. viii DAFTAR LAMPIRAN................................................................................. ix I. PENDAHULUAN ................................................................................... 1 A. LATAR BELAKANG ....................................................................... 1 B. TUJUAN PENELITIAN.................................................................... 3 C. RUANG LINGKUP............................................................................3 II. TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 4 A. SUKROSA..........................................................................................4 B. GULA KASAR (RAW SUGAR) ........................................................ 6 B. ASAM AKONITAT............................................................................8 C. KARBONATASI...............................................................................10 D. REAKTOR VENTURI BERSIRKULASI .................................... ..11 III. METODA .............................................................................................. 14 A. ALAT DAN BAHAN ...................................................................... 14 B. METODOLOGI ............................................................................... 14 C. PROSEDUR PENELITIAN ............................................................ 18 D. ANALISA DATA.............................................................................19 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN.............................................................. 20 A. KARAKTERISTIK RAW SUGAR................................................... 20 B. PENGARUH FAKTOR REAKSI ................................................... 22 C. PERMUKAAN RESPON ................................................................ 27 D. VERIFIKASI KONDISI ASAM AKONITAT.............................. ..29 V. KESIMPULAN DAN SARAN.............................................................. 31 A. KESIMPULAN................................................................................ 31 B. SARAN ............................................................................................ 31
v
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 32 LAMPIRAN................................................................................................. 35
vi
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Komposisi nira tebu ......................................................................... 7 Tabel 2. Komposisi raw sugar...................................................................... 7 Tabel 3. Standar raw sugar dan gula rafinasi..................................................7 Tabel 4. Nilai tinggi dan rendah perlakuan...................................................16 Tabel 5. Hasil karakterisasi raw sugar..........................................................20 Tabel 6. Pengaruh linier dari faktor utama dan interaksi faktor terhadap asam akonitat larutan gula hasil karbonatasi....................22 Tabel 7. Pengaruh kuadratik faktor utama dan interaksi faktor terhadap asam akonitat larutan gula hasil karbonatasi.....................27 Tabel 8. Hasil verifikasi larutan gula pada kondisi terbaik penghilangan asam akonitat.............................................................29
vii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1.
Struktur molekul sukrosa...........................................................4
Gambar 2.
Struktur kristal dan amorf zat padat...........................................5
Gambar 3.
Bagan proses pengolahan raw sugar.........................................6
Gambar 4.
Bentuk geometri trans-akonitat..................................................8
Gambar 5.
Bentuk geometri cis-akonitat.....................................................8
Gambar 6.
Kemiripan fisiologi asam akonitat dengan asam sitrat..............9
Gambar 7.
Skema RVB.............................................................................12
Gambar 8.
Bentuk pipa venturi atau ejektor..............................................12
Gambar 9.
Prinsip dispersi gas dalam ejektor RVB..................................13
Gambar 10. Diagram alir tahapan penelitian...............................................15 Gambar 11. Prosedur penelitian..................................................................19 Gambar 12. Pola interaksi antara suhu (X1) dan tekanan (X3)....................26 Gambar 13. Permukaan respon dari asam akonitat sebagai fungsi dari suhu (X1) dan tekanan (X3)......................................................28
viii
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran1. Foto rangkaian peralatan karbonatasi RVB…………………..36 Lampiran 2. Skema peralatan proses karbonatasi dengan RVB…………...37 Lampiran 3. Prosedur analisis raw sugar.....................................................38 Lampiran 4. Data analisa raw sugar.............................................................42 Lampiran 5. Hasil statistik pengaruh linier faktor terhadap respon mengunakan SAS.....................................................................45 Lampiran 6. Data hasil analisis optimasi asam akonitat...............................46 Lampiran 7. Analisa asam akonitat dengan HPLC.......................................49
ix
I.
PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG Raw sugar merupakan gula kasar yang dihasilkan dari pengolahan tebu atau bit melalui proses defekasi. Gula ini tidak layak untuk dikonsumsi karena masih mengandung bahan pengotor. Selain itu, raw sugar belum memenuhi kualitas gula rafinasi untuk industri makanan dan minuman. Oleh karena itu, raw sugar harus dimurnikan agar layak dikonsumsi dan digunakan sebagai gula yang berkualitas tinggi untuk industri. Salah satu bahan pengotor yang terdapat dalam nira tebu, yaitu asam organik. Asam organik yang utama dalam nira tebu adalah asam akonitat. Asam akonitat ditemukan sebanyak 90 persen dari total asam yang diekstraksi dari nira tebu (McCalip dan Seibert, 1992). Asam akonitat perlu dioptimalkan penghilangannya pada proses pemurnian karena asam organik ini mengganggu selama proses pengolahan seperti pada saat kristalisasi dan evaporasi, dan dapat memperkecil sugar recovery (pengolahan ulang cairan sisa yang masih mengandung sejumlah gula). Pada saat kristalisasi, asam akonitat akan membentuk ikatan kompleks dengan gula, sehingga akan mempengaruhi bentuk dan keadaan badan kristal gula (Shahabaz et al., 1980). Asam akonitat akan memperkecil efisiensi pada proses penguapan sebagai akibat dari kerak yang dihasilkan oleh garam akonitat pada area pemanas sehingga akan mempengaruhi laju transfer panas (Reece, 2003). Penghilangan asam akonitat dengan karbonatasi dua kali dapat menghilangkan dalam jumlah yang paling besar yaitu 78.8 persen, sedangkan defekasi menghilangkan asam akonitat sebesar 73.8 persen, fosfatasi dengan penambahan kalsium superfosfat menghilangkan asam akonitat sebesar 10.2 persen, dan fosfatasi dengan menggunakan asam fosfat dan susu kapur menghilangkan asam akonitat sebesar 18.7 persen. Selain itu, sulfitasi dapat menghilangkan asam akonitat 16.3 persen (Hanine et al., 1992). Pada karbonatasi, terjadi reaksi pembentukan endapan senyawa kalsium karbonat (CaCO3) oleh kalsium hidroksida (Ca(OH)2) dan gas karbondioksida (CO2).
Senyawa kalsium karbonat (CaCO3) akan mengadsorpsi dan mengendapkan bahan pengotor pada larutan gula (Mathur, 1978). Pada karbonatasi, efisiensi pencampuran antara larutan gula yang mengandung kapur dan CO2 merupakan kebutuhan yang sangat esensial (Mathur, 1978). Pada umumnya, proses pencampuran pada tangki karbonatasi yang ada pada saat ini menggunakan tambahan pengaduk, menginjeksikan gas dari dasar tangki pemurnian maupun susu kapur dari atas atau tengah tangki pemurnian. Kinerja dari reaktor tersebut belum efektif dan efisien untuk mencapai proses pencampuran yang maksimal, sehingga pembentukan endapan CaCO3 dan pengikatan pengotor tidak maksimal serta kurang menghemat energi, terutama untuk menggerakkan pengaduk dan mengalirkan gas CO2 (Mathur, 1978). Oleh karena itu, penggunaan RVB diharapkan dapat meningkatkan efisiensi pencampuran gas CO2 dan susu kapur dalam larutan raw sugar serta dapat menghemat energi karena tidak memerlukan pengaduk dan blower. Proses karbonatasi dipengaruhi oleh suhu, dimana peningkatan suhu akan menyebabkan laju reaksi kimia meningkat. Peningkatan laju reaksi akan menyebabkan lebih cepatnya molekul-molekul bergerak sehingga bertabrakan satu sama lainnya. Pada suhu yang tinggi, akan semakin banyak molekul yang memiliki kecepatan lebih besar karena memiliki energi yang cukup untuk bereaksi, sehingga reaksi kimia akan semakin cepat (Keenan et al., 1984). Adanya RVB diharapkan dapat meningkatkan efisiensi pencampuran untuk karbonatasi. Dalam RVB, peningkatan laju alir cairan yang melewati celah sempit (nozzle) akan menghasilkan energi kinetik cairan yang besar pada nozzle. Hal itu menyebabkan tumbukan antara cairan dan gas dalam venturi semakin intensif, sehingga absorpsi gas oleh cairan akan semakin baik (Duveen, 1998). Di lain pihak, peningkatan tekanan gas dalam reaktor akan meningkatkan difusi gas ke dalam venturi, sehingga reaksi akan semakin cepat (Giffen dan Muraszew, 1953).
2
B. TUJUAN PENELITIAN Penelitian ini bertujuan : 1. Mengetahui pengaruh laju alir, suhu reaksi, dan tekanan terhadap penghilangan asam akonitat. 2. Mengetahui permukaan respon faktor yang berpengaruh pada karbonatasi raw sugar menggunakan RVB untuk penghilangan asam akonitat.
C. RUANG LINGKUP Ruang lingkup penelitian ini antara lain melakukan karakterisasi raw sugar yaitu meliputi kadar air, kadar abu, tingkat kemurnian (polarisasi), warna larutan (ICUMSA), kadar asam akonitat, gula pereduksi, dan kejernihan. Kemudian melakukan karbonatasi menggunakan RVB dengan menginteraksikan nilai rendah dan tinggi faktor suhu, laju alir cairan, dan tekanan. Setelah itu, dilakukan analisa untuk mengetahui faktor yang berpengaruh dan dengan metode permukaan respon, faktor tersebut diinteraksikan untuk mengetahui permukaan respon dari faktor yang berpengaruh. Kemudian dilakukan verifikasi untuk mengetahui kesesuaian model permukaan respon dengan eksperimen pada karbonatasi menggunakan RVB untuk penghilangan asam akonitat.
3
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. SUKROSA Sukrosa adalah karbohidrat yang merupakan produk utama pada fotosintesis dan merupakan disakarida yang terbentuk dari satu molekul α-Dglukosa dan satu molekul β-D-fruktosa yang dihubungkan oleh ikatan α-1,4 glikosidik. Sukrosa mempunyai rumus kimia, yaitu C12H22O11 (Rahman et al., 2004). Struktur molekul sukrosa dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Struktur molekul sukrosa (www.sucrose.com).
Kristal merupakan zat padat yang susunan atom-atomnya atau molekulnya teratur (www.zat padat.htm). Sistem kristal sukrosa, yaitu monoklin dengan bentuk monoklin hemimorphik (spenoidal), dan mempunyai permukaan berbentuk prisma. Bentuk dan keadaan badan kristal dipengaruhi oleh tingkat kemurnian sukrosa. Kelarutan sukrosa dalam air tidak hanya dipengaruhi oleh suhu, tetapi juga dipengaruhi oleh zat lain yang terlarut dalam air, yaitu garam senyawa organik. Semakin tinggi suhu dan jumlah garam dalam air, maka semakin tinggi pula jumlah sukrosa yang dapat larut (Goutara dan Wijandi, 1975).
Amorf merupakan zat padat yang susunan atom-atomnya atau molekulnya tidak teratur (www.zat padat.htm). Sukrosa apabila dipanaskan secara lambat sampai titik cair (185°C -186°C), maka akan terbentuk cairan tidak berwarna dan kental. Cairan tersebut bila didinginkan kembali sampai di bawah suhu titik cair, maka mula-mula terbentuk keadaan amorf, semakin lama viskositas semakin kecil dan terbentuk kembali kristal (Goutara dan Wijandi, 1975). Struktur kristal dan amorf dari suatu zat padat dapat dilihat pada Gambar 2.
Struktur kristal
Struktur amorf Gambar 2. Struktur kristal dan amorf zat padat (www.zat padat.htm)
5
B. GULA KASAR (RAW SUGAR) Raw sugar adalah gula kristal sukrosa dari tebu (Saccharum sp.) atau bit yang diolah dengan defekasi dan masih mengandung pengotor (SNI 013140.1-2001). Raw sugar dapat diperoleh dari serangkaian unit proses pengolahan nira tebu yang dapat dilihat pada Gambar 3. Tahapan awal pengolahan adalah ekstraksi nira tebu dari batang tebu dengan penambahan air melalui serial penggiling berputar. Nira yang terekstrak
kemudian
dilakukan
proses
pembersihan
yang
meliputi
penyaringan, pemanasan, dan penambahan susu kapur untuk mengendapkan atau menggumpalkan bahan bukan gula yang terlarut dan juga untuk meningkatkan pH agar sukrosa tidak terdekomposisi akibat pemanasan ataupun faktor lainnya (Goutara dan Wijandi, 1975). Setelah mengalami proses liming, nira dikentalkan menjadi sirup dengan cara menguapkan air menggunakan uap panas dalam suatu proses yang dinamakan evaporasi. Sirup hasil proses evaporasi kemudian dilakukan kristalisasi. Sirup dididihkan sehingga kondisi untuk pertumbuhan kristal gula tercapai. Pembentukan kristal diawali dengan mencampurkan sejumlah kristal ke dalam sirup. Sekali kristal terbentuk, kristal campur yang dihasilkan dan larutan induk (mother liquor) diputar di dalam alat sentrifugasi untuk memisahkan keduanya. Larutan induk hasil pemisahan dengan sentrifugasi masih mengandung sejumlah gula sehingga biasanya kristalisasi diulang beberapa kali. Materi-materi non gula yang ada di dalamnya dapat menghambat kristalisasi.
Tebu
Ekstraksi
Evaporasi
Nira mentah
Sirup
Pemanasan
Kristalisasi
Masakan
Klarifikasi
Sentrifugasi
Nira jernih
Raw sugar Molases
Gambar 3. Bagan proses pengolahan raw sugar (Broadhurst, 2002)
6
Komposisi dari nira tebu dan raw sugar dapat dilihat pada Tabel 1 dan 2, sedangkan standar raw sugar dan gula rafinasi dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 1. Komposisi nira tebu No Komponen 1 2 3
Komposisi (%)
Sukrosa Brix Gula pereduksi
9 - 17 12 - 19 0.48 – 1.52
4 Gula total 5 Amilum 6 Asam akonitat 7 Abu Sumber : Direktorat Jendral Perkebunan (1996) Tabel 2. Komposisi raw sugar No Komponen 1 2
10 - 18 1.50 - 95 0.25 0.40 – 0.70
Komposisi (%)
Sukrosa Air
97.5 0.48
3
Bahan pengotor bukan gula • gula pereduksi • abu terlarut • bahan pengotor yang tersuspensi • konstituen lain yang tidak dapat dideterminasi Sumber : El-Syiad (1999 ) Tabel 3. Standar raw sugar dan gula rafinasi Kriteria Uji Satuan Rafinasi 1 Warna larutan (ICUMSA) Tingkat kemurnian (Polarisasi) Gula pereduksi Kadar abu
2 23 38.5 3 35.3
Rafinasi 2
Raw Sugar
(IU)
Maks.50
Maks.150
Min.600
(˚Z)
Min.99.86
Min.99.8
Min.95
(%b/b)
-
-
≤ 0.22 *
(%b/b)
Maks.0.02
Maks.0.03
Maks.0.5
* Sumber : Sekertariat Dewan Gula di dalam Mochtar (1996) Sumber : SNI 01-3140.1-2001
7
B. ASAM AKONITAT Salah satu bahan organik yang utama dalam gula adalah asam akonitat. Asam akonitat ditemukan sebanyak 90 persen dari total asam yang diekstraksi dari nira tebu (McCalip, 1992). Asam akonitat (C6H6O6) merupakan asam non nitrogen utama yang terdapat pada ekstraksi nira tebu dan merupakan asam tidak jenuh (ikatan rangkap karbon) yang ada dalam dua bentuk geometri, isomer trans (1,2,3-propenetricarboxylic acid, dan isomer cis. Dalam larutan, isomer trans berubah ke cis sampai keadaan ekuilibrium tercapai (Walford, 1998). Adapun struktur molekul asam akonitat dapat dilihat pada Gambar 4 dan 5.
Gambar 4. Bentuk geometri isomer trans (1,2,3-propenetricarboxylic acid)
Gambar 5. Bentuk geometri isomer cis (1-propene-123-tricarboxylic acid)
Asam akonitat mempunyai pengaruh fisiologi yang sama dengan asam sitrat yang disajikan pada Gambar 6, yang mana dapat diturunkan dari proses dehidrasi. Asam akonitat berwarna putih kekuning-kuningan, berbentuk padat, mencair pada suhu ± 195ºC, larut dalam air dan alkohol, dan bersifat korosif.
8
Kelarutan dalam air meningkat dari 18.6 g/100 ml pada 13ºC menjadi 110.7 g/100 ml pada 90 ºC (Paturau, 1989). H | H—C—COOH | OH—C—COOH | H—C—COOH | H Asam Sitrat
H | C—COOH || C—COOH | H—C—COOH | H Asam Akonitat
Gambar 6. Kemiripan fisiologi asam akonitat dengan asam sitrat
Kandungan asam akonitat pada gula tebu berbeda-beda menurut kondisi tanah, letak geografi, dan jenis tebu. Konsentrasi asam akonitat menurun seiring dengan peningkatan kemasakan tanaman tebu dan sekitar 1 % DS (Dry Solid) pada kemasakan penuh. Semakin tinggi asam akonitat yang terkandung di dalam tebu, maka semakin sedikit gula yang diperoleh (Honig, 1963). Asam organik menyebabkan penghambatan kristalisasi gula karena membentuk ikatan kompleks dengan gula dan unsur organik lainnya dalam nira tebu (Shahabaz dan Quereshi, 1980), memperkecil sugar recovery (pengolahan ulang cairan sisa yang masih mengandung sejumlah gula), memperkecil efisiensi pada waktu proses evaporasi (Reece, 2003). Asam akonitat juga dapat dihilangkan selama proses penguapan dalam bentuk garam akonitat yang akan menghasilkan kerak pada permukaan pemanas, sehingga mempunyai pengaruh yang tidak baik terhadap laju transfer panas (Honig, 1963). Secara umum, asam akonitat digunakan dalam persiapan untuk pembuatan plasticizers (bahan pemlastis) dan wetting agents (zat yang dapat menurunkan tegangan permukaan). Asam akonitat juga digunakan sebagai
9
antioksidan, digunakan dalam sintesis organik, dan sebagai flavoring agent (zat pemberi rasa) (Paturau, 1989).
C. KARBONATASI Karbonatasi terjadi dengan menambahkan susu kapur (Ca(OH)2) ke dalam nira dan mengalirkan gas CO2 ke dalam campuran tersebut. Gas CO2 ini akan bereaksi dengan susu kapur membentuk partikel-partikel kristal halus berupa kalsium karbonat yang menggabungkan berbagai padatan supaya mudah untuk dipisahkan. Gumpalan-gumpalan yang terbentuk tersebut akan mengumpulkan sebanyak mungkin materi-materi non gula, sehingga dengan menyaring kapur keluar maka substansi-substansi non gula ini dapat juga ikut dikeluarkan. Mekanisme yang dapat dilihat pada persamaan 1, 2, 3, dan 4 (Mathur, 1978).
Ca(OH)2
Ca2+ + 2OH-
..................................(1)
CO2
+
H 2O
H2CO3
…..............................(2)
Ca2+
+
CO32-
CaCO3
…..............................(3)
CaCO3 + H2O
..................................(4)
Ca(OH)2 + CO2
Pada pemurnian karbonatasi, CaCO3 (kalsium karbonat) adalah endapan dengan bahan organik yang di dalamnya membentuk suatu struktur kristal. Pengikatan bahan organik pada CaCO3 terdiri dari dua proses, yaitu intracrystalline dimana bahan organik terdapat di dalam kristal CaCO3 (absorpsi) dan intercrystalline bahan organik terakumulasi mengelilingi permukaan kristal CaCO3 (adsorpsi). Bahan pengotor yang tergolong ke dalam bahan pengotor yang teradsorpsi adalah sulfat, posfat, asam organik, dan zat warna (Chen dan Chou, 1993). Adsorpsi adalah proses yang terjadi ketika gas atau cairan (adsorbat) terakumulasi pada permukaan adsorben (cairan atau padatan), membentuk sebuah molekul atau atom film. Adsorpsi terdiri dari dua tipe, yaitu dapat
10
terjadi secara kimia dan dapat juga terjadi secara fisika. Adsorpsi kimia adalah tipe adsorpsi dengan cara suatu molekul menempel ke permukaan melalui pembentukan ikatan kimia yang kuat. Adsorpsi fisika adalah tipe adsorpsi dengan cara adsorbat
menempel pada permukaan
melalui interaksi
intermolekuler yang lemah, contoh interkasi molekuler yaitu gaya van der Waals. Berbeda dengan absorpsi dimana substansi berdifusi secara kimiawi ke dalam cairan atau padatan membentuk larutan dan tidak berikatan (www.en.wikipedia.org). Reaksi yang terjadi pada pemurnian karbonatasi ini tidak hanya berlangsung sederhana tetapi terjadi dalam bebarapa tahapan proses. Kapur pertama bereaksi dengan sukrosa untuk membentuk kalsium sakarat, pada pertengahan
proses
karbonatasi
dinetralisasi
dengan
karbondioksida
membentuk double compound kalsium sakarat dan kalsium karbonat. Komponen
intermediet
ini
disebut
kalsium
hydrosucrocarbonat
(C18H22.2Ca(OH)3.3(CaCO3), yang bersifat gelatinous (seperti gelatin), tebal, padat, tidak larut, dan berisi sebagian besar gula. Proses absorbsi terjadi lambat pada gas dalam gelatinous cairan ini dan perubahan tegangan permukaan dari susu kapur, maka gelembung gas kontak dengan resistansi (penghambat) yang menyebabkan terbentuknya buih yang berlebihan (Mathur, 1978). Pemurnian dengan double karbonatasi akan menghilangkan asam akonitat dalam jumlah yang besar (78.8%), defekasi menghilangkan 73.8%, fospatasi dengan penambahan kalsium superfospat menghilangkan 10.2%, fospatasi dengan menggunakan asam posfor dan susu kapur menghilangkan 18.7%, dan sulfitasi menghilangkan 16.3% (Hanine et al., 1992).
D. REAKTOR VENTURI BERSIRKULASI (RVB) Reaktor Venturi Bersirkulasi (RVB) adalah sistem reaktor yang tersusun dari tangki, venturi atau ejektor dan sistem sirkulasi cairan, yang disajikan pada Gambar 7.
11
Gambar 7. Skema RVB (Duveen, 1998)
Pipa venturi merupakan pipa pendek yang terdiri dari tiga bagian. Bagian yang pertama disebut confuser, berbentuk kerucut terpotong yang luas penampangnya mengecil dengan tajam. Bagian kedua berbentuk silinder pendek yang disebut dengan leher. Bagian ketiga disebut difuser, berbentuk kerucut terpotong yang luas penampangnya membesar secara halus. Bentuk pipa venturi dapat dilihat pada Gambar 8.
konfuser
Konfuser Leher
Difuser
Gambar 8. Bentuk pipa venturi atau ejektor
12
Pada RVB, cairan dialirkan melewati sebuah nozzle pada venturi dan menyebabkan distribusi gelembung (mikro gelembung) liquid dengan kecepatan jet (sonik) (Atay, 1986). Kondisi ini mengikuti prinsip persamaan Bernaulli yang menyebabkan penurunan tekanan bahkan menjadi vakum di daerah aliran dengan kecepatan jet. Adanya perbedaan tekanan mengakibatkan terjadinya difusi gas dari tekanan tinggi menuju tekanan rendah (McCabe et al., 1985) dan gas terabsorpsi ke dalam cairan (Mandal et al., 2005). Cairan yang keluar melalui nozzle ejektor akan dipercepat menjadi jet yang menyebabkan momentum cairan memasuki leher ejektor atau tabung pencampuran. Gas dan cairan bercampur secara intensif di dalam leher ejektor pada daerah mixing shock, dimana gas terdispersi dengan baik sebagai gelembung-gelembung yang sangat kecil. Dispersi gas yang terjadi dalam ejektor maupun tangki menghasilkan intensitas kontak antarmuka yang tinggi sehingga meningkatkan laju perpindahan massa (Cramers et al., 1992). Prinsip dispersi gas dalam ejektor RVB disajikan pada Gambar 9.
Gambar 9. Prinsip dispersi gas dalam ejektor RVB
13
III. METODOLOGI
A. BAHAN DAN ALAT 1. Bahan Bahan utama yang digunakan adalah gula kasar (raw sugar) yang berasal dari tebu (Saccharum sp). Gula kasar (raw sugar) tersebut diperoleh dari PT Jawamanis Rafinasi Cilegon-Banten, yang diimpor dari Australia. Bahan-bahan kimia yang digunakan untuk proses karbonatasi adalah susu kapur (Ca(OH)2) dan gas CO2, serta bahan-bahan kimia untuk analisis. 2. Alat Alat utama yang digunakan yaitu Reaktor Venturi Bersirkulasi (RVB), yang dilengkapi dengan pengatur suhu, pengatur laju alir (flowmeter), pompa, pengatur tekanan, dan tabung gas CO2. Skema dan foto Reaktor Venturi Bersirkulasi (RVB) dapat dilihat pada Lampiran 1 dan 2. Selain itu, digunakan pula alat-alat untuk analisis seperti spektrofotometer, polarimeter, refraktometer, pHmeter, High Performance Liquid Chromatography (HPLC) dan alat-alat gelas lainnya untuk persiapan dan wadah.
B. METODE PENELITIAN Penelitian ini dilakukan dalam empat tahap, yaitu (1) Karakterisasi raw sugar, (2) Penentuan pengaruh faktor reaksi (suhu, laju alir cairan, dan tekanan), (3) Penentuan permukaan respon faktor berpengaruh terhadap penghilangan asam akonitat, (4) Verifikasi kondisi terbaik asam akonitat. Diagram alir tahapan penelitian dapat dilihat pada Gambar 10.
Mulai Karakterisasi gula kasar (raw sugar) Penentuan pengaruh faktor reaksi (suhu, laju alir cairan, dan tekanan)
Penentuan permukaan respon faktor berpengaruh Verifikasi kondisi terbaik asam akonitat
Selesai Gambar 10. Diagram alir tahapan penelitian
1. Karakterisasi Raw sugar Karakterisasi raw sugar dilakukan dengan uji kadar air, kadar abu, tingkat kemurnian (polarisasi), gula pereduksi, asam akonitat, warna larutan (ICUMSA), dan kejernihan. Prosedur karakterisasi gula kasar (raw sugar) dapat dilihat pada Lampiran 3.
2. Penentuan pengaruh faktor reaksi (suhu, laju alir cairan, dan tekanan) Tahap selanjutnya yaitu melakukan penentuan faktor-faktor yang berpengaruh pada proses karbonatasi dengan RVB terhadap penghilangan asam akonitat. Adapun faktor-faktor yang digunakan yaitu suhu, laju alir cairan, dan tekanan. Rancangan percobaan yang digunakan adalah rancangan faktorial dua taraf (two level factorial design) dengan nilai tinggi dan rendah untuk masing-masing faktor disajikan pada Tabel 4.
15
Tabel 4. Nilai tinggi dan rendah perlakuan Jenis Perlakuan
Kode
Nilai rendah (-1)
Nilai tinggi (+1)
Suhu (°C)
X1
30
60
Laju alir larutan (l/jam)
X2
300
600
Tekanan (kg/cm2)
X3
0.3
0.5
Model rancangan percobaan untuk mengetahui pengaruh faktor terhadap respon yang diinginkan adalah sebagai berikut : 3
Y = ao + ∑ aixi + ∑ aijxixj i=1
i<j
Y adalah respon dari masing-masing perlakuan. Parameter regresi ditunjukkan dengan simbol ao, ai, aij. Pengaruh linier faktor utama ditunjukkan dengan simbol xi, sedangkan xixj merupakan pengaruh linier dua faktor. Nilai hasil interaksi antar faktor kemudian dianalisis untuk digunakan sebagai seleksi faktor dengan mengetahui koefisien parameter regresi, persen signifikansi (selang kepercayaan) dan pola interaksi faktor yang berpengaruh signifikan terhadap respon. Selain itu, nilai tersebut digunakan untuk mengetahui persen pengaruh faktor (Cowan, 1949), dimana persen pengaruh menggambarkan pengaruh perubahan faktor terhadap perubahan respon. Adapun persamaan persen pengaruh disajikan pada persamaan 5.
Unit persen pengaruh [%] =
F
×
100 ...........................(5)
ao (XH-XL)
16
Unit persen pengaruh faktor pada respon yang diberikan diambil sebagai rasio perhitungan pengaruh faktor terhadap perhitungan respon, didapatkan dengan rata-rata nilai dari faktor yang sama dibagi dengan perbedaan nilai respon tinggi dan rendah. F adalah perhitungan pengaruh faktor terhadap perhitungan respon. Intersef dilambangkan dengan ao. Variabel tingkat tinggi dilambangkan dengan XH dan variabel tingkat rendah dilambangkan dengan XL.
3. Penentuan permukaan respon penghilangan asam akonitat
faktor
berpengaruh
terhadap
Faktor-faktor yang telah terseleksi sebagai faktor yang berpengaruh signifikan dengan respon utama, yaitu asam akonitat, selanjutnya digunakan untuk menentukan permukaan respon penghilangan asam akonitat
dengan
Metode
Permukaan
Methodology) (Box et al., 1978).
Respon
(Response
Surface
Model rancangan percobaan untuk
mengetahui permukaan respon faktor yang berpengaruh dalam karbonatasi gula kasar adalah sebagai berikut: n
n
Y = ao + ∑ aixi + ∑ aijxixj + ∑ aiixi2 i=1
i<j
i=1
Y merupakan respon dari masing-masing perlakuan. Parameter regresi adalah ao, ai, aij, aii. Pengaruh linier faktor utama ditunjukkan dengan xi, sedangkan xixj merupakan pengaruh linier dua faktor, dan xi2 merupakan pengaruh kuadratik faktor utama. Nilai hasil interaksi antar faktor reaksi untuk pemukaan respon dianalisis kembali dengan analisis statistik untuk mendapatkan kondisi nilai terbaik pada nilai asam akonitat terendah.
17
4. Verifikasi Kondisi Terbaik Penghilangan Asam akonitat Tahapan akhir dari penelitian adalah melakukan verifikasi kondisi terbaik penghilangan asam akonitat, yaitu pada model permukaan respon terhadap eksperimen penghilangan asam akonitat pada karbonatasi raw sugar menggunakan RVB dengan tujuan untuk memvalidasi kondisi terbaik yang telah diperoleh.
C. PROSEDUR PENELITIAN Proses pemurnian diawali dengan persiapan bahan, yaitu pembuatan larutan gula kasar dengan konsentrasi 12 briks dan susu kapur yaitu 75 g CaO/l aquades. Larutan gula dan susu kapur didefekasi hingga suhunya mencapai 65oC, kemudian disaring. Larutan jernih dimasukkan ke dalam Reaktor Venturi Bersirkulasi (RVB). Setelah itu, dilakukan pengaturan suhu, laju alir cairan, dan tekanan. Suhu reaksi dikontrol dengan termokopel, sedangkan laju alir cairan dikontrol dengan flowmeter cairan, dan tekanan dikontrol dengan pengukur tekanan gauss. Kemudian dilakukan pensirkulasian larutan yang telah berada di dalam RVB dengan pompa, lalu gas CO2 dialirkan ke dalam reaktor. Setelah itu dilakukan pengambilan sampel melalui valve yang berada pada selang untuk sirkulasi, kemudian disaring. Sampel jernih hasil penyaringan kemudian dianalisa. Diagram alir prosedur penelitian dapat dilihat pada Gambar 11.
18
mulai Susu kapur 75 g/l
Ampas
Defekasi 65ºC
Larutan raw sugar 12 briks
Penyaringan Gas CO2 Karbonatasi dalam RVB Pengambilan contoh
Ampas
Penyaringan Analisa Selesai
Gambar 11. Prosedur penelitian
D. ANALISA DATA Nilai hasil interaksi antar faktor reaksi dianalisis dengan statistik menggunakan software Analysis Statistic (SAS) version 6.12 sehingga didapatkan faktor-faktor yang berpengaruh pada proses karbonatasi dengan Reaktor Venturi Bersirkulasi. Faktor-faktor yang berpengaruh tersebut kemudian digunakan untuk mengetahui permukaan responnya. Nilai hasil reaksi antar faktor interaksi untuk permukaan respon dianalisis kembali dengan analisis statistik dengan menggunakan software Analysis Statistic (SAS) version 6.12 untuk mendapatkan nilai terbaik pada jumlah asam akonitat dalam larutan raw sugar terendah.
19
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. KARAKTERISTIK GULA KASAR (RAW SUGAR) Karakterisasi yang dilakukan terhadap raw sugar meliputi analisa kadar air, kadar abu, tingkat kemurnian (polarisasi), warna larutan (ICUMSA), asam akonitat, gula pereduksi dan kejernihan. Karakterisasi raw sugar pada larutan gula kasar 12 briks, bertujuan untuk mengetahui kondisi awal dari raw sugar. Hasil karakterisasi raw sugar dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5. Hasil karakterisasi raw sugar Karakteristik
Satuan
Hasil Pengujian
Kadar air
% b/b
0.03
Standar raw sugar 0.1 - 0.35 **
Kadar abu
% b/b
0.03
Maks.0.5 *
˚Z
96
Min.95 *
Tingkat kemurnian (polarisasi) Warna larutan (ICUMSA) Gula pereduksi
IU
1652
Min.600 *
% b/b
0.198
0.06-0.86 **
Asam akonitat
ppm
53.447
-
Kejernihan
%T
89.88
-
* **
Sumber : SNI 01-3140.1-2001 Sumber : P3GI (1999) Berdasarkan Tabel 5 dapat diketahui bahwa raw sugar yang digunakan
memiliki kadar air yang lebih rendah dibandingkan dengan standar dari P3GI. Kadar air dalam raw sugar sangat mempengaruhi ketahanan dalam penyimpanan. Semakin tinggi kadar air raw sugar dapat menjadi sarana untuk pertumbuhan mikroorganisme sehingga kerusakan sukrosa dapat terjadi (James dan Chung, 1993).
Nilai kadar abu raw sugar pada Tabel 5 telah memenuhi Standar Nasional Indonesia. Kadar abu yang tinggi dalam raw sugar memiliki potensi membentuk kerak sehingga jumlah uap pemanas naik, selain itu juga akan menyebabkan penurunan rendemen (James dan Chung, 1993). Tingkat kemurnian (polarisasi) raw sugar, berdasarkan Tabel 5 telah memenuhi Standar Nasional Indonesia. Tingkat kemurnian raw sugar dipengaruhi bahan pengotor termasuk juga asam akonitat yang masih terkandung di dalam kristal raw sugar. Semakin tinggi tingkat kemurnian raw sugar maka bahan pengotor yang terkandung semakin sedikit, sehingga dapat mempermudah dalam proses pengolahan selanjutnya. Hasil karakterisasi warna pada Tabel 5 menunjukkan bahwa nilai warna raw sugar yang digunakan lebih tinggi dibandingkan dengan SNI 013140.1-2001. Tingginya tingkat warna raw sugar disebabkan karena masih adanya bahan pengotor yang dapat memberikan warna di dalam kristal raw sugar (Baikow, 1982). Tingkat warna juga dapat dijadikan sebagai ukuran dari derajat kemurnian (Moerdokusumo, 1993). Persentase nilai gula pereduksi pada raw sugar menunjukkan nilai yang lebih tinggi dibandingkan dengan standar P3GI, yang mengindikasikan bahwa di dalam raw sugar tersebut masih banyak mengandung gula pereduksi yang berarti belum dilakukan proses pemurnian. Tingginya nilai gula pereduksi akan menghambat proses pengolahan raw sugar selanjutnya. Hasil karakterisasi raw sugar, berdasarkan Tabel 5 menunjukkan bahwa di dalam raw sugar masih mengandung asam akonitat sebesar 53.447 ppm. Asam akonitat dapat menghasilkan kualitas kristal gula yang rendah, karena asam akonitat mengganggu selama proses pengolahan, baik pada saat kristalisasi yaitu dengan memasuki kompleks reaksi gula dan unsur organik lainnya, maupun memperkecil efisiensi pada waktu proses evaporasi. Oleh karena itu, penghilangan asam akonitat sangat penting dalam meningkatkan kualitas raw sugar dan meningkatkan tingkat kemurnian sukrosa. Berdasarkan Tabel 5, kejernihan raw sugar yang digunakan adalah 89.88%T. Hal ini menunjukkan bahwa masih terdapatnya bahan pengotor di
21
dalam raw sugar. Tinggi rendahnya kejernihan raw sugar menunjukkan kandungan bahan pengotor yang terlarut dalam larutan gula.
B. PENGARUH FAKTOR REAKSI Proses penghilangan asam akonitat secara karbonatasi dengan menggunakan Reaktor Venturi Bersirkulasi (RVB) dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya suhu, laju alir cairan, dan tekanan. Faktor-faktor tersebut dapat dioptimalkan sehingga dapat menurunkan jumlah asam akonitat di dalam larutan gula hasil karbonatasi menggunakan RVB. Hubungan dan pengaruh faktor reaksi terhadap respon dapat diketahui melalui serangkaian percobaan yang sistematis dan diuji melalui analisis statistika, yang disajikan dalam suatu model atau persamaan linier. Dengan persamaan linier ini, maka akan diketahui pengaruh linier dari suhu, laju alir cairan, dan tekanan serta interaksi faktor yang berpengaruh terhadap respon. Berikut ini merupakan pengaruh linier dari faktor utama dan interaksi faktor terhadap asam akonitat larutan gula hasil karbonatasi dengan RVB disajikan pada Tabel 6.
Tabel 6. Pengaruh linier dari faktor utama dan interaksi faktor terhadap asam akonitat larutan gula hasil karbonatasi dengan RVB Parameter Intersep Suhu (X1) Laju alir cairan (X2) Tekanan (X3) Interaksi X1 dan X2 Interaksi X1 dan X3 Interaksi X2 dan X3 R2
Koefisien 3.716875 -0.380875 -0.146625 -0.355625 0.064125 -0.360375 0.274375
Signifikansi (%) 95.08 58.80 29.99 56.68 13.95 57.09 48.47 0.8584
Pengaruh (%) 0.34 0.01 47.84
Hasil dari analisa statistik menunjukkan bahwa faktor-faktor reaksi yaitu suhu (X1), laju alir cairan (X2), dan tekanan (X3) memberikan pengaruh terhadap penghilangan asam akonitat. Faktor-faktor tersebut memberikan
22
pengaruh untuk menurunkan jumlah asam akonitat pada larutan raw sugar hasil karbonatasi menggunakan RVB. Berdasarkan Tabel 6 dapat dilihat bahwa faktor yang paling berpengaruh terhadap penghilangan asam akonitat pada karbonatasi raw sugar menggunakan RVB adalah suhu (X1) pada tingkat kepercayaan sebesar 58.80 persen dan persen pengaruh sebesar 0.34 persen. Semakin tinggi suhu pada proses reaksi akan menyebabkan jumlah asam akonitat di dalam larutan gula hasil karbonatasi semakin menurun yang ditunjukkan dengan tanda negatif pada nilai koefisien parameter. Pada suhu yang lebih tinggi akan menyebabkan laju reaksi kimia meningkat. Peningkatan laju reaksi akan menyebabkan lebih cepatnya molekul-molekul bergerak sehingga bertabrakan satu sama lainnya. Pada suhu yang tinggi, akan semakin banyak molekul yang memiliki kecepatan lebih besar karena memiliki energi yang cukup untuk bereaksi, sehingga reaksi kimia akan semakin cepat (Keenan et al., 1984). Reaksi kimia yang terjadi pada proses karbonatasi raw sugar yaitu reaksi antara ion kalsium (Ca2+) dan ion karbonat (CO32-) yang akan membentuk endapan kalsium karbonat (CaCO3). Pada proses pembentukan endapan kalsium karbonat, mampu mengikat dan mengendapkan kotoran-kotoran seperti senyawa yang tidak terlarut, senyawa tersuspensi, sulfat, fosfat, zat warna, dan asam organik (asam akonitat) dengan cara menjerat asam akonitat dalam kristal kalsium karbonat, mengadsorpsi asam akonitat secara intercrystalline pada permukaan kristal sebagai garam kalsium yang tidak larut dengan interaksi molekuler (gaya van der Waals) (Chen dan Chou, 1993). Dengan suhu yang semakin tinggi maka akan menyebabkan peningkatan kecepatan adsorpsi sehingga terjadi pengurangan jumlah asam akonitat di dalam larutan gula kasar hasil karbonatasi. Berdasarkan Lampiran 5, suhu berpengaruh signifikan pada tingkat kepercayaan 24.63 persen dan persen pengaruh 0.00046 persen terhadap peningkatan tingkat kemurnian (polarisasi), terhadap kejernihan suhu berpengaruh pada tingkat kepercayaan 47.38 persen dan persen pengaruh 0.58 persen terhadap peningkatan kejernihan larutan gula, sedangkan terhadap
23
warna larutan (ICUMSA) berpengaruh pada tingkat kepercayaan 12.94 persen dan persen pengaruh 0.08 persen terhadap penurunan warna larutan (ICUMSA). Hal ini menunjukkan bahwa, semakin tinggi suhu, maka kejernihan dan tingkat kemurnian semakin tinggi dan tingkat warna larutan semakin menurun. Hal ini disebabkan karena dengan semakin tinggi suhu dapat meningkatkan proses pencampuran gas CO2 dan larutan gula yang telah ditambah susu kapur dalam membentuk endapan kalsium karbonat, dimana endapan ini akan mengikat dan mengendapkan bahan pengotor, sehingga bahan pengotor termasuk asam akonitat yang terdapat di dalam larutan gula hasil karbonatasi semakin sedikit yang ditandai dengan semakin besar tingkat kemurnian dan kejernihan serta warna larutan gula yang semakin jernih. Faktor lain yang berpengaruh signifikan terhadap penghilangan asam akonitat pada karbonatasi raw sugar menggunakan RVB, yaitu tekanan (X3). Tekanan memberikan pengaruh pada tingkat kepercayaan 56.68 persen dan persen pengaruh sebesar 47.84 persen. Semakin tinggi tekanan yang diberikan akan menyebabkan penurunan jumlah asam akonitat dalam larutan gula. Pengaruh dari peningkatan tekanan gas dalam reaktor yaitu dapat meningkatkan difusi gas ke dalam venturi dan akan mereduksi ukuran droplet yang besar pada saat terjadinya semburan pada nozzle (Giffen dan Muraszew, 1953). Ukuran gelembung (droplet) yang kecil dapat meningkatkan efisiensi absorpsi gas terhadap larutan gula karena permukaan kontak yang semakin luas, sehingga akan mempercepat pembentukan kristal CaCO3 oleh ion kalsium (Ca2+) dan ion karbonat (CO32-)
yang akan mengadsorpsi asam
akonitat. Dengan semakin tinggi tekanan akan menyebabkan asam akonitat yang teradsorpsi di permukaan kristal CaCO3 semakin banyak dan jumlah asam akonitat di dalam larutan raw sugar hasil karbonatasi semakin berkurang. Peningkatan tekanan juga memberikan pengaruh yang signifikan terhadap penurunan nilai warna larutan (ICUMSA) pada tingkat kepercayaan sebesar 74.14 persen dan persen pengaruh 131.93 persen. Tekanan juga memberikan pengaruh signifikan terhadap peningkatan kejernihan pada tingkat kepercayaan sebesar 60.07 persen dan persen pengaruh 129.61 persen.
24
Sedangkan terhadap tingkat kemurnian (polarisasi), tekanan memberikan pengaruh terhadap peningkatan kemurnian (polarisasi) dengan selang kepercayaan hanya sebesar 2.36 persen dan persen pengaruh 0.0063 persen, yang disajikan pada Lampiran 5. Laju alir cairan (X2) memberikan pengaruh terhadap penghilangan asam akonitat pada karbonatasi raw sugar menggunakan RVB dengan signifikansi lebih rendah dibandingkan dengan suhu dan tekanan yaitu pada tingkat kepercayaan 29.99 persen dan persen pengaruh sebesar 0.01 persen. Semakin meningkat laju alir maka akan menyebabkan penurunan jumlah asam akonitat dalam larutan gula. Pengaruh peningkatan laju alir cairan yang melalui nozzle pada RVB yaitu dapat menyebabkan besarnya energi kinetik cairan yang dihasilkan nozzle. Energi kinetik cairan yang dihasilkan nozzle besar, akan menyebabkan tumbukan antara cairan dan gas dalam ejektor semakin intensif, sehingga butiran cairan akan tereduksi menjadi ukuran yang kecil. Semakin kecil butiran cairan larutan gula, maka akan meningkatkan luas kontak permukaan reaksi gas karbondioksida dan larutan gula yang telah terdefekasi (Duveen, 1998). Hal tersebut dapat meningkatkan absorbsi gas oleh cairan, mempercepat pembentukan endapan kalsium karbonat yang mana endapan ini dapat mengdsorpsi asam akonitat, sehingga dapat menurunkan jumlah asam akonitat dalam larutan gula kasar hasil karbonatasi menggunakan RVB. Selain dapat menurunkan jumlah asam akonitat dalam larutan gula kasar, berdasarkan Lampiran 5 peningkatan laju alir juga dapat memberikan pengaruh signifikan terhadap peningkatan kemurnian pada selang kepercayaan sebesar 35.77 persen dengan persen pengaruh 0.000071 persen. Selain itu, peningkatan laju alir juga memberikan pengaruh signifikan terhadap peningkatan kejernihan dengan selang kepercayaan sebesar 57.40 persen dan persen pengaruh 0.08 persen, serta memberikan pengaruh signifikan terhadap penurunan warna (ICUMSA) dengan selang kepercayaan sebesar 60.20 persen dan persen pengaruh sebesar 0.05 persen. Berdasarkan Tabel 6 hasil interaksi suhu dengan tekanan berpengaruh negatif terhadap jumlah asam akonitat hasil dari karbonatasi raw sugar
25
menggunakan RVB. Interaksi kedua faktor berpengaruh pada tingkat kepercayaan sebesar 57.09 persen. Pola interaksi kedua faktor dapat dilihat pada Gambar 12.
Keterangan : X1(-1) : suhu 30°C; X1(+1) : suhu 60°C; X2(-1) : tekanan 0.3 X2(+1) : tekanan 0.5 kg/cm2.
kg/cm2;
Gambar 12. Pola interaksi antara suhu (X1) dan tekanan (X3) terhadap jumlah asam akonitat Berdasarkan Gambar 12 dapat diketahui bahwa peningkatan suhu akan berpengaruh terhadap penghilangan asam akonitat yang diindikasikan dengan penurunan jumlah asam akonitat di dalam larutan gula hasil karbonatasi. Penurunan asam akonitat tidak terlalu tajam terjadi pada saat tekanan meningkat pada suhu rendah (30°C). Hal ini terjadi karena pada suhu rendah reaksi kimia berlangsung lambat, yang dikarenakan molekul-molekul bergerak lambat sehingga tidak memiliki energi yang cukup untuk bereaksi. Pada kondisi suhu tinggi (60°C) dan tekanan meningkat, penurunan asam akonitat lebih curam terjadi. Kondisi ini disebabkan pada saat tekanan
26
meningkat akan mempercepat pembentukan kristal CaCO3 dan pada saat suhu tinggi pengadsorpsian asam akonitat oleh kristal CaCO3 berlangsung cepat dikarenakan reaksi kimia yang berlangsung cepat. Sehingga penghilangan asam akonitat pada kondisi ini akan semakin besar terjadi.
C. PERMUKAAN RESPON FAKTOR Hasil seleksi faktor yang berpengaruh yaitu suhu dan tekanan pada analisis pengaruh linier, kemudian digunakan untuk mengetahui permukaan respon faktor yang berpengaruh tersebut. Metode yang digunakan untuk mengetahui permukaan respon faktor-faktor yang berpengaruh terhadap penghilangan asam akonitat pada karbonatasi raw sugar menggunakan RVB yaitu Metode Permukaan Respon. Metode Permukaan Respon adalah suatu bentuk analisa yang digunakan pada respon yang dipengaruhi oleh beberapa faktor dan bertujuan untuk memperoleh kondisi penghilangan asam akonitat terbaik yaitu pada jumlah asam akonitat minimum hasil karbonatasi raw sugar menggunakan RVB. Hasil analisis dengan metode permukaan respon disajikan pada Tabel 7 dan Gambar 13.
Tabel 7. Pengaruh kuadratik faktor utama dan interaksi faktor terhadap asam akonitat larutan gula hasil karbonatasi dengan RVB Parameter
koefisien
Intersep Suhu (X1)
4.092500 -0.560895
Signifikansi (%) 99.99 98.69
Tekanan (X3) Interaksi X1 dan X3
-0.018705 -0.648250
10.61 97.47
X1*X1 X3*X3 R2
-0.507001 -0.083250
95.63 34.23 0.9080
Persen Pengaruh (%)
2.28
0.46
27
Gambar 13. Permukaan respon dari asam akonitat sebagai fungsi dari suhu (X1) dan tekanan (X3)
Adapun model yang diperoleh dari hasil analisis statistik permukaan respon dapat dilihat pada Persamaan 6 adalah : Y = 4.092500 – 0.560895 X1 – 0.018705 X3 – 0.648250 X1X3 – 0.5070 X12 – 0.083250 X32 ....................................................................................(6) Pada Tabel 7 diketahui bahwa peningkatan suhu reaksi berpengaruh terhadap penurunan jumlah asam akonitat di dalam larutan raw sugar dengan persen pengaruh 0.46 persen kepercayaan 98.69 persen. Selain itu faktor tekanan memberikan pengaruh terhadap penurunan jumlah asam akonitat di dalam larutan raw sugar hasil karbonatasi dengan Reaktor Venturi Bersirkulasi pada tingkat kepercayaan 10.61 persen dengan persen pengaruh 2.28 persen. Hal tersebut menunjukkan dengan meningkatnya suhu reaksi dan
28
tekanan dapat meningkatkan penghilangan asam akonitat larutan raw sugar yang ditandai dengan menurunnya jumlah asam akonitat di dalam larutan raw sugar setelah karbonatasi dengan RVB. Pada Gambar 13 dapat diketahui bahwa jumlah asam akonitat meningkat pada saat tekanan rendah dan suhu meningkat. Hal ini diduga karena pada saat suhu semakin meningkat, garam akonitat semakin sedikit yang larut sampai pada saat mencapai titik jenuh, sehingga adsorpsi terhadap asam akonitat menjadi tidak efisien. Hasil analisis kanonik terhadap permukaan respon diketahui bahwa model permukaan respon berbentuk sadel (saddle point). Hal tersebut menyebabkan nilai optimum tidak dapat ditentukan dari model permukaan respon. Perkiraan nilai terbaik diperoleh dari estimasi nilai minimum respon. Jumlah asam akonitat adalah sebesar 4.01 ppm dengan nilai faktor reaksi suhu 49°C, tekanan 0.26 kg/cm2 dan laju alir cairan 600 l/jam.
D. VERIFIKASI ASAM AKONITAT PADA KONDISI TERBAIK Verifikasi dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui kesesuaian model permukaan respon terhadap eksperimen penghilangan asam akonitat pada karbonatasi raw sugar menggunakan RVB. Hasil verifikasi larutan gula pada kondisi terbaik penghilangan asam akonitat, dapat dilihat pada Tabel 8. Tabel 8. Hasil verifikasi larutan gula pada kondisi terbaik penghilangan asam akonitat No. Parameter Satuan Karakteristik Hasil Pengujian awal raw sugar 1. Asam akonitat ppm 53.447 2.889 ˚Z 96 99.2 2. Tingkat kemurnian (Polarisasi) 3. Gula pereduksi % b/b 0.198 Tidak terdeteksi 4. Warna larutan IU 1652 1150 (ICUMSA) Berdasarkan Tabel 8, asam akonitat pada karbonatasi raw sugar menggunakan RVB yaitu sebesar 2.889 ppm, sedangkan hasil pendugaan
29
penghilangan asam akonitat terbaik dengan meggunakan model yaitu sebesar 4.01 ppm. Perbedaan nilai tersebut menunjukkan terdapatnya kesalahan yang terjadi pada pendugaan nilai terbaik jumlah asam akonitat pada model yang dibentuk dengan permukaan respon yaitu sebesar 27 persen. Asam akonitat baik pada verifikasi maupun pada pendugaan model, jumlahnya lebih kecil dibandingkan dengan jumlah asam akonitat pada karakterisasi awal yaitu 53.447 ppm. Hal ini menunjukkan bahwa penggunaan Reaktor Venturi Bersirkulasi sangat efektif dan efisien dalam penghilangan asam akonitat pada karbonatasi raw sugar yaitu sebesar 94.5 persen, yang mana pada pemurnian dengan double karbonatasi menggunakan karbonator lainnya hanya dapat menghilangkan asam akonitat hanya sebesar 78.8 persen (Hanine et al., 1992). Selain asam akonitat, dilakukan pula analisa terhadap parameter kualitas larutan gula karbonatasi dengan RVB yang meliputi adalah tingkat kemurnian (polarisasi), gula pereduksi, dan warna larutan (ICUMSA). Berdasarkan Tabel 8, dapat dilihat bahwa pada verifikasi kondisi penghilangan asam akonitat terbaik, tingkat kemurnian (polarisasi) larutan gula lebih tinggi dibandingkan dengan tingkat kemurnian (polarisasi) sebelum karbonatasi dengan RVB. Hal tersebut menunjukkan adanya peningkatan pengikatan dan pengendapan bahan pengotor dalam larutan raw sugar pada karbonatasi dengan RVB. Pada Tabel 8, dapat dilihat bahwa gula pereduksi pada verifikasi kondisi penghilangan asam akonitat terbaik adalah tidak terdeteksi. Hal ini menunjukkan bahwa kadar gula pereduksi setelah karbonatasi sangat rendah. Penurunan kadar gula pereduksi ini dikarenakan dengan tingginya pH dan penambahan susu kapur, maka gula pereduksi yang ada di dalam larutan gula terdekomposisi. Warna larutan gula (ICUMSA) pada verifikasi kondisi penghilangan asam akonitat terbaik yaitu lebih rendah dibandingkan dengan sebelum karbonatasi dengan RVB. Hal ini menunjukkan bahwa semakin kecilnya jumlah bahan pengotor yang menimbulkan warna di dalam larutan gula, karena telah terikat dan terendapkan oleh senyawa kalsium karbonat.
30
V. KESIMPULAN DAN SARAN
C. KESIMPULAN Suhu berpengaruh terhadap penurunan jumlah asam akonitat larutan raw sugar pada tingkat kepercayaan 58.80 persen dan persen pengaruh sebesar 0.34 persen. Tekanan berpengaruh terhadap penurunan jumlah asam akonitat larutan raw sugar pada tingkat kepercayaan 56.68 persen dan persen pengaruh sebesar 47.84 persen. Laju alir cairan berpengaruh terhadap penurunan jumlah asam akonitat larutan raw sugar yaitu pada tingkat kepercayaan 29.99 persen dan persen pengaruh sebesar 0.01 persen. Hasil analisa permukaan respon diketahui bahwa suhu dan tekanan merupakan faktor yang berpengaruh signifikan terhadap penghilangan asam akonitat pada karbonatasi raw sugar menggunakan RVB. Selain itu, diketahui pula bahwa model permukaan respon berbentuk sadel (saddle point), hal tersebut menyebabkan nilai optimum tidak dapat ditentukan dari model permukaan respon. Kondisi terbaik penghilangan asam akonitat dapat ditentukan dengan model permukaan respon, yaitu Y = 4.092500 – 0.560895 X1 – 0.018705 X3 – 0.648250 X1X3 – 0.5070 X12 – 0.083250 X32, dimana jumlah asam akonitat terbaik adalah 4.01 ppm dengan kondisi reaksi yaitu suhu 49°C, tekanan 0.26 kg/cm2, dan laju alir cairan 600 l/jam.
D. SARAN Penghilangan asam akonitat dapat ditingkatkan jika dilakukan pada saat tekanan rendah dan suhu diturunkan, atau pada saat tekanan dinaikkan dan suhu tinggi. Selain itu, perlu dilakukan penelitian mengenai mekanisme penghilangan asam akonitat berdasarkan luas kontak cairan dan gas.
31
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2007. Kimia Fisik. http://www.zatpadat.com. Diakses tanggal 27 Agustus 2007. . 2007. Organic Raw Cane Sugar. http://www.sucrose.com. Diakses tanggal 15 Mei 2007. AOAC. 1998. Official Methods of Analysis of the Association of Official of Analytical Chemist. Washington. Atay, I, 1986. Fluid Flow and Gas Absorption in An Ejector Venturi Scrubber. Disertation. Department of Chemical Engineering, Chemistry and Environmental Science. Baikow, V.E. 1982. Manufacturing and Refining of Raw Cane Sugar. Elsevier Scientific Publishing Company. Amsterdam-Oxford-New York. Box, G.E.P., W.G. Hunter, dan J.S. Hunter. 1978. Statistics for Experimenters. John Willey dan Sons, Inc, New York. Broadhurst, H. A. 2002. Modeling Adsorption of Cane Sugar Solution Colorant in Packed Bed Ion Exchangers. Master Thesis, Louisiana State University. Chen, J.C.P dan C. Chou. 1993. Cane Sugar Handbook. Twelfth Edition. Elsevier Scientofic Publishing Company. Amsterdam-Oxford-New York. Cowan, J.C. 1949. Isomerization Reaction of Drying Oils. J. Ind. Eng. Chem., Vol 41, 294-304. Cramers, P.H.M.R dan A.A.C.M Beenackers. 2001. Influence Of The Ejector Configuration, Scale and Gas Density On The Mass Transfer Characteristics Of Gas-Liquid Ejectors. Journal Chemical Engineering Vol. 82 : 131-141. Dewan Standarisasi Nasional. 2001. Standar Gula Mentah (SNI 01-3140.1-2001). Dewan Standarisasi Nasional, Jakarta. Duveen, R.F. 1998. High Performance Gas Liquid Reaction Technology. Symposium “New Frontiers in catalytic Reactor Design’ 21 Oktober 1998. Billingham. El-Syiad, Samy I. 1999. Egyptian Raw Cane Sugar Quality in Relation to Refining Requirements. Elsevier Journal of Food Chemistry 68(2000): 253-257.
32
Goutara dan S. Wijandi. 1975. Dasar Pengolahan Gula I. Agroindustrial Press, Bogor. . 1975. Dasar Pengolahan Gula II. Agroindustrial Press, Bogor. Hanine, H., Mourgues, dan Conte. 1992. Recovery of Calcium Aconitate from Effluents from Cane Sugar Production with Ion Exchange Resins. Biosource Technology, 39 : 232 – 237. Honig, P. 1963. Principles of Sugar Technology Vol VIII. Elsevier Publishing Co, London. ICUMSA, (1994), The International Cocmision for Uniformity in Sugar Analysis James, C.P dan C.C. Chung. 1993. Cane Sugar handbook a Manual for Cane Sugar manufacture an their Chemist, twelfth edition. John Willey and Sons Inc, Canada. Mandal, A., G. Kundu, dan D. Mukherjee. 2005. Comparative Study of TwoPhase Gas-Liquid Flow in the Ejector Induced Upflow and Downflow Bubble Column. International Journal Of Chemical Reactor Engineering Vol 3, Berkeley Electronic Press. Mathur, R.B.A. 1978. Handbook of Cane Sugar Technology. Oxford and Publishing Co, Calcuta, Bombay, New Delhi. McCabe, W.L dan J.C. Smith. 1985. Operasi Teknik Kimia. Erlangga, Jakarta. McCalip, M.A dan H. Arthur. 1992. Aconitic Acid from Sugar Cane Products. Journal of Departemen of Agriculture,Bureau of Agriculture Chemistry and Engineering, Washington DC. Mochtar, H.M. 1996. FCS untuk Pemasiran Masakan Produk dan Masakan Rafinasi. Gula Indonesia Vol XXI/2-3. Moerdokusumo, A. 1993. Pengawasan Kualitas dan Teknologi Pembuatan Gula di Indonesia. Penerbit Institut Teknologi Bandung (ITB), Bandung. Paturau, J. 1989. Byproducts of the Cane Sugar Industry. Third revisied edition Amsterdam, Elsevier Scientific Publishing Company. Rahman, S.M.M. Mahbubur, Palash K.S., Fida M.H., Sarnad M.A.M, dan Habibur M.R. 2004. Purification and Characterization of Invertase Enzyme from Sugarcane. Pakistan Journal of Biological Sciences 7(3). Hlm 340-345.
33
Reece, N.N. 2003. Optimizing Aconitate Removal During Clarification. Tesis. Departement Biological and Agricultural Engineering. Lousiana State University and Agricultural and Mechanical College. Shahabaz, A. M., dan Qureshi, A.R. 1980. Effect of Various Factors on the Aconitic Acid Content in Molasses. Pakistan Journal of Science, 32(10): 87-90. Shirsat, A. Mandal, G. Kundu, dan D. Mukherjee. 2003. Hydrodynamic Studies on Gas-liquid Downflow Bubble Column with Non-Newtonian Liquids. Journal of Department of Chemical Engineering, Indian Institute of Technology January 2003, Kharagpur. Soerjadi. 1985. Alat Pengolahan Pabrik Gula. Lembaga Pendidikan Perkebunan. Yogyakarta. Standar raw sugar. 1996. Sekretariat Dewan Gula Indonesia. Walford, S.N. 1998. A Laboratory Investigation of Aconitic Acid Isomerization and some Observation on Isomerisation in Factory Processing. Proceeding of South African Sugar Technologist Ass., 72:234-241.
34
LAMPIRAN
35
Lampiran 1. Foto rangkaian peralatan karbonatasi menggunakan RVB
6 8 3 5
7
1 2
4
Keterangan : 1. Keran input/output 2. Pompa 3. Flowmeter cairan 4. Termokopel 5. Reaktor venturi 6. Pengukur tekanan 7. Tabung gas CO2 8. Keran sampling
36
Lampiran 2. Skema peralatan karbonatasi menggunakan RVB
37
Lampiran 3. Prosedur analisis gula kasar (raw sugar)
1. Kadar Air (AOAC, 1998) Sebanyak 2-5 g contoh dimasukkan ke dalam cawan alumunium yang telah diketahui bobotnya. Kemudian cawan tersebut dipanaskan pada suhu 100°-105°C selama tiga jam. Setelah itu didinginkan dalam desikator dan ditimbang. Pengeringan dilakukan kembali selama 30 menit di dalam oven, kemudian didinginkan dan ditimbang. Perlakuan ini diulang sampai tercapai bobot konstan. Sisa contoh dihitung sebagai total padatan dan bobot yang hilang sebagai air. Kadar air dihitung dengan rumus sebagai berikut. Kadar air = bobot awal − bobot akhir x 100% bobot contoh
2. Kadar Abu (AOAC, 1998)
Cawan perabuan dibakar dalam tanur, didinginkan dalam desikator dan ditimbang. Contoh sebanyak 2-5 g dimasukkan ke dalam cawan, kemudian dibakar dalam tanur perabuan sampai didapat abu. Perabuan dilakukan pada suhu 6000C, lalu didinginkan dalam desikator dan ditimbang. Kadar abu dihitung dengan rumus sebagai berikut. Kadar abu =
bobot abu x 100% bobot contoh
3. Gula Pereduksi dengan Metode DNS (Miller, 1959)
a. Pembuatan Pereaksi DNS (asam 3,5-dinitro salisilat) Dalam 1416 ml aquades ditambahkan 10,6 g DNS, 19,8 g NaOH, 8,3 g Na-metabisulfit, 306 g NaK-tartarat, 7,6 ml fenol cair suhu 105 °C. Bahan-bahan tersebut dicampur hingga larut merah. Kemudian sebanyak 3 ml DNS dititrasi dengan HCl 0,1 N dengan penambahan indikator pp. Banyak titran berkisar 5-6 ml. Untuk setiap ml kekurangan HCl 0,1 N pada titrasi maka tambahkan 2 g NaOH.
38
b. Pembuatan Standar Glukosa Standar glukosa dibuat pada konsentrasi 80, 100, 120, 140, 160, 180, dan 200 ppm. c. Pengukuran Kadar Gula Pereduksi Pengukuran dilakukan dengan menggunakan spektrofotometer dengan panjang gelombang 550 nm terhadap 1 ml contoh yang ditambah dengan 3 ml pereaksi DNS dan diletakkan dalam air mendidih selama 5 menit.
4. Polarisasi, (AOAC, 1990)
Sebanyak 100 ml dimasukkan ke dalam labu takar 100 ml, kemudian ditambahkan 5 ml Pb asetat dan 5 ml aquades, kemudian labu digoyang agar tercampur merata, lalu disaring. Nira hasil saringan dimasukkan ke dalam tabung polarimeter. Skala pada sacharimeter dibaca, setelah itu dicatat pemutaran bidang polarisasi. Dicocokan dengan daftar briks. Dengan demikian diperoleh persen polarisasi.
5. Kejernihan (Apriyantono et al., 1989)
Ukur tingkat kejernihan dengan menggunakan spektrofotometer dengan penjang gelombang 373 nm. Satuan yang dipakai adalah persen transmisi (%); aquades sebagai standar atau blanko.
6. Metode pengukuran asam akonitat menggunakan HPLC (AOAC, 1997)
1. Perlengkapan a) Sistem HPLC Sistem HPLC yang dilengkapi dengan pompa tekanan tinggi, alat penginjeksi contoh (injektor), detektor dan alat perekam grafik (integrator recorder). Detektor yang digunakan adalah ultraviolet (UV) dengan panjang gelombang 210 nm. b) Kolom analisis HPLC Kolom yang digunakan untuk analisa asam akonititat adalah aminex HPX-87 H dengan saringan membran 0.45 µm dan 0.5 µm.
39
2. Bahan Kimia a) Larutan standard cis-aconitic acid b) Mobile phase HPLC yaitu H3PO4 0.01 N 3. Prosedur Contoh sebanyak 22.38 mg ditimbang dan dimasukkan ke dalam labu ukur 50 ml, kemudian ditera menggunakan aquades. Contoh diinjeksikan sebanyak 20µl ke dalam injektor. Laju alir yang digunakan pada kolom HPLC adalah 0.6 cm3/menit dan temperatur 41ºC selama 15 menit. 4. Perhitungan Perhitungan jumlah asam akonitat dari sample dalam ppm adalah sebagai berikut : C×a×D×25 A×m Dimana : C = Konsentrasi standar asam akonitat (µg/ml) A = Rata-rata luas area puncak dari standar dari asam akonitat a = Rata-rata luas area puncak standar dari sampel m = Berat contoh yang digunakan D = Faktor pengencer
7. Warna (ICUMSA, 1994)
Sebanyak 50 g contoh ditambahkan aquades 50 ml dimasukkan ke erlenmeyer 250 ml, ditambahkan 2 g bubuk kieselgel, aduk-aduk dan kocok beberapa saat, kemudian disaring dengan saringan vakum menggunakan kertas saring Whatman 42 dan filtrat ditampung dalam vakum flask sampai jernih (diulang-ulang). Filtrat dipindahkan dalam gelas piala 150 ml; pH larutan dijadikan 7.00 ± 0.05 dengan menambahkan tetes demi tetes larutan 0.1 N HCl atau NaOH. Kemudian tentukan ekstingsi jenisnya dengan spektrofotometer panjang gelombang 420 nm. Untuk menentukan ekstingsi harus diketahui :
40
-
briks larutan setelah di pH 7 setelah dikoreksi suhu (brik terkoreksi); misal = B Bx
-
berat jenis larutan, ditentukan dengan briks sebelum koreksi dalam tabel hubungan briks dengan berat jenis; misal = S g/ml
-
tebal kolom larutan diameter dalam misal T cm
-
larutan absorban yang didapat dari Transmitran (%) dari (%) terbaca Tq, Absorban (A) = 2 – log Tq maka Ekstingsi jenis (E) =
A
x 100
BxSxT -
Warna ICUMSA = E X 1000
41
Lampiran 4. Data analisa raw sugar
a. Data hasil analisis asam akonitat
Run
Suhu ( 0C ) (X1)
Laju Alir (l/jam) (X2)
Tekanan kg/cm2 (X3)
1 2 3 4 5 6 7 8
30 60 30 60 30 60 30 60
300 300 600 600 300 300 600 600
0.3 0.3 0.3 0.3 0.5 0.5 0.5 0.5
Asam akonitat (ppm) (respon) 4.866 4.121 3.32 3.983 3.751 2.716 4.454 2.524
b. Data hasil analisis nilai polarisasi Run
Suhu ( 0C ) (X1)
Laju Alir (l/jam) (X2)
Tekanan kg/cm2 (X3)
Polarisasi (%) (respon)
1 2 3 4 5 6 7 8
30 60 30 60 30 60 30 60
300 300 600 600 300 300 600 600
0.3 0.3 0.3 0.3 0.5 0.5 0.5 0.5
99.69 99.79 99.89 99.79 99.79 99.81 99.74 99.83
42
c. Data hasil analisis warna larutan gula Run
Suhu ( 0C ) (X1)
Laju Alir (l/jam) (X2)
Tekanan kg/cm2 (X3)
Warna larutan (ICUMSA)
1 2 3 4 5 6 7 8
30 60 30 60 30 60 30 60
300 300 600 600 300 300 600 600
0.3 0.3 0.3 0.3 0.5 0.5 0.5 0.5
716 998 719 484 519 438 408 334
d. Data hasil analisis kejernihan Run
Suhu ( 0C ) (X1)
Laju Alir (l/jam) (X2)
Tekanan kg/cm2 (X3)
Kejernihan (%T) (respon)
1 2 3 4 5 6 7 8
30 60 30 60 30 60 30 60
300 300 600 600 300 300 600 600
0.3 0.3 0.3 0.3 0.5 0.5 0.5 0.5
24.76 10.35 13.4 52.83 29.63 39.57 45.34 57.72
43
e. Data hasil analisis gula pereduksi Run
Suhu ( 0C ) (X1)
Laju Alir (ljam) (X2)
Tekanan kg/cm2 (X3)
1
30
300
0.3
2
60
300
0.3
3
30
600
0.3
4
60
600
0.3
5
30
300
0.5
6
60
300
0.5
7
30
600
0.5
8
60
600
0.5
Gula pereduksi (g/l) Tidak terdeteksi Tidak terdeteksi Tidak terdeteksi Tidak terdeteksi Tidak terdeteksi Tidak terdeteksi Tidak terdeteksi Tidak terdeteksi
44
Lampiran 5. Hasil statistik pengaruh linier faktor terhadap respon menggunakan SAS
a. Warna (ICUMSA) Parameter Intersep Suhu (X1) Laju alir cairan (X2) Tekanan (X3) Interaksi X1 dan X2 Interaksi X1 dan X3 Interaksi X2 dan X3 R2
Koefisien 577.000000 -13.500000 -90.750000 -152.250000 -63.750000 -25.250000 37.000000
Signifikansi (%) 92.80 12.94 60.20 74.14 49.14 23.42 32.73
0.8978
b. Kejernihan Parameter Intersep Suhu (X1) Laju alir cairan (X2) Tekanan (X3) Interaksi X1 dan X2 Interaksi X1 dan X3 Interaksi X2 dan X3 R2
Koefisien 34.200000 5.917500 8.122500 8.865000 7.035000 -0.337500 0.342500
c. Tingkat kemurnian (polarisasi) Parameter Intersep Suhu (X1) Laju alir cairan (X2) Tekanan (X3) Interaksi X1 dan X2 Interaksi X1 dan X3 Interaksi X2 dan X3 R2
Koefisien 99.791250 0.013750 0.021250 0.001250 -0.016250 0.013750 -0.028750
Signifikansi (%) 88.18 47.38 57.40 60.07 52.88 3.34 3.39
0.8474
Signifikansi (%) 99.98 24.63 35.77 2.36 28.57 24.63 44.92
0.6279
45
Lampiran 6. Data hasil analisis optimasi asam akonitat A. Hasil analisis asam akonitat Parameter
koefisien
Signifikansi (%)
Intersep
4.092500
99.99
Suhu (X1)
-0.560895
98.69
Tekanan (X2)
-0.018705
10.61
Interaksi X1 dan X2
-0.648250
97.47
X1*X1
-0.507001
95.63
X2*X2
-0.083250
34.23
R2
0.9080
B. Hasil analisis statistik asam akonitat Rata-rata respon Akar kesalahan kuadrat rata-rata R2 Koef. Variasi Parameter Intersep Suhu X1 Tekanan X2 X1*X2 X1*X1 X2*X2
Derajat bebas 1 1 1 1 1 1
Pendugaan parameter 4.092500 -0.560895 -0.018705
Standar deviasi 0.2634 0.1317 0.1317
-0.648250 0.1863 -0.507001 0.1742 -0.083250 0.1742
1.09525 0.37252 0.9080 10.28973 T pada H0 Parameter=0 15.537 -4.259 -0.142
Prob>[ T] 0.0001 0.0131 0.8939
-3.480 -2.910 -0.478
0.0253 0.0437 0.6577
46
Hasil analisis cononical permukaan respon Nilai Kritis Parameter Berkode X1 0.228570 X2 -0.969357 Pendugaan nilai Y pada titik stasioner = 4.014667
Tidak berkode 0.323248 -1.370874
Hasil analisis eigenvektor Eigenvalues 0.184212 -1.364711
eigenvektor X1 -0.475839 0.879532
X2 0.879532 0.475839
Titik stasioner adalah saddle point Hasil Analisis ridge optimum respon X1 0.00000 0.13523 0.27231 0.41200 0.55523 0.70214 0.84847 0.98336 1.10017 1.20156 1.29229
Jenis ridge = minimum X2 Pendugaan 0.00000 0.04140 0.07648 0.10127 0.10825 0.08366 0.00985 -0.11400 -0.26388 -0.41983 -0.57445
4.09250 4.00180 3.88652 3.74518 3.57721 3.38234 3.16042 2.91137 512.526 561.975 618.503
Standar Kesalahan 206.748 205.210 200.748 193.856 185.475 177.174 171.339 171.136 179.859 199.720 231.151
47
X1 0.00000 0.13523 0.27231 0.41200 0.55523 0.70214 0.84847 0.98336 1.10017 1.20156 1.29229
Jenis ridge = maximum X2 Pendugaan 0.00000 0.04140 0.07648 0.10127 0.10825 0.08366 0.00985 -0.11400 -0.26388 -0.41983 -0.57445
449.000 419.499 401.157 393.912 397.647 412.102 436.718 470.538 512.526 561.975 618.503
Standar Kesalahan 206.748 205.210 200.748 193.856 185.475 177.174 171.339 171.136 179.859 199.720 231.151
48
Lampiran 7. Analisa asam akonitat dengan HPLC.
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
