1
SIFAT FISIKO-KIMIAWI DAN KOMPONEN PENYUSUN MINYAK LIMBAH PADAT INDUSTRI KIMIA JAMU HERBAL 1
Fentyarta Juli Chrisnani, 2Hartati Soetjipto, 2Sri Hartini 1 Mahasiswa Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Matematika 2 Dosen Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Matematika Universitas Kristen Satya Wacana Jl. Diponegoro 52-60, Jawa Tengah 50711, Telp: (0298)321212
[email protected]
Abstrak Banyaknya limbah padat jamu yang belum termanfaatkan sering menjadi masalah bagi lingkungan. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan sifat fisiko-kimiawi dan komponen penyusun minyak limbah padat industri jamu herbal. Penentuan sifat fisikokimiawi minyak limbah padat jamu ditentukan berdasarkan SNI 01-3555-1998. Hasil penelitian menunjukkan sifat fisiko-kimiawi minyak yang dihasilkan mempunyai: bilangan asam 56,4494 mg KOH/g lemak; asam lemak bebas 25,8017%; derajat asam 100,6228 ml NaOH/g lemak; bilangan penyabunan 77,0299 mg KOH/g lemak dan bilangan iodin sebesar 1,9261 gI2/100 g lemak. Sedangkan hasil identifikasi komponen penyusun minyak menggunakan Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS) menunjukkan bahwa minyak nabati limbah padat industri jamu mengandung asam oleat, asam miristat, asam palmitat, 4,4-dimetoksibenzoin dan oktadekan. Kata kunci : limbah padat jamu, fisiko-kimia, komponen penyusun
PENDAHULUAN Menurut Direktorat Jendral Bina Kefarmasian dan Alat Kesehatan, pasar obat herbal meningkat mencapai 13 triliun atau sekitar 2% dari total pasar obat herbal di dunia (Anonim, 2013). Salah satu pabrik yang memproduksi obat herbal (jamu) di Jawa Tengah, menghasilkan limbah padat yang terdiri dari ampas rempah-rempah jumlahnya mencapai 17.000kg/hari (Amir dan Lestari, 2013). Limbah padat jamu merupakan salah satu limbah padat yang dihasilkan dari proses penggilingan simplisia maupun penyaringan serbuk jamu (Aula, 2015). Sampai saat ini limbah padat jamu hanya dimanfaatkan untuk pembuatan pupuk organik untuk tanaman di lokasi pabrik dan
2
sebagian dimanfaatkan oleh para petani terutama petani binaan serta petani disekitar lingkungan pabrik untuk bahan bakar (Amir dan Lestari, 2013). Dampak negatif limbah tidak hanya berdampak bagi manusia saja, namun juga berdampak bagi kehidupan makhluk hidup lain dan lingkungan sekitar. Adanya limbah padat jamu di dalam lingkungan hidup dapat menimbulkan pencemaran seperti kerusakan permukaan tanah dan timbulnya gas beracun seperti H2S, NH3, CH4 dan CO2 yang dihasilkan dari pembusukan limbah padat yang ditimbun. Selain itu, limbah padat jamu juga menimbulkan penurunan kualitas udara yang mengakibatkan mabuk dan pusing. Limbah padat yang dibuang dalam perairan juga menyebabkan air menjadi keruh dan mengubah pH air (Arief, 2012). Apabila air tercemar limbah yang mengandung logam berat digunakan oleh manusia dapat menyebabkan gangguan infeksi pada kulit, sedangkan bila dikonsumsi maka dapat menimbulkan gangguan yang mengarah pada kerusakan ginjal (Anonim, 2012). Beberapa negara di Eropa seperti Luksemburg, Belanda, Jerman, Prancis, Denmark dan Swedia mengandalkan insinerasi sebagai pengolahan limbah padat untuk menghasilkan 4,8% energi listrik dan 13,7% panas yang dikonsumsi negara tersebut pada tahun 2015 (Arief, 2012). Ekstrasi limbah jamu pada kondisi terbaik menghasilkan rendemen oleoresin jahe yang tinggi dan bermutu baik diperoleh pada kombinasi perlakuan jenis pelarut etanol, waktu 5,5 jam dan suhu 40°C dengan konsentrasi oleoresin 12,2% (Amir dan Lestari, 2013). Regina (2015) melaporkan bahwa hasil rendemen minyak atsiri limbah padat jamu dengan 3 jenis metoda distilasi menunjukkan rendemen minyak atsiri yang sangat kecil, yaitu berkisar antara 0,0763±0,0033% sampai 0,1586±0,0050% tetapi kandungan minyak non atsirinya relatif tinggi. Berdasarkan penelitian di atas, dilakukan
3
re-ekstraksi minyak limbah padat jamu dengan menggunakan metode maserasi. Pengembangan penelitian-penelitan di atas membutuhkan penelitian lebih lanjut mengenai karakteristik minyak limbah padat jamu baik secara fisiko-kimia maupun identifikasi komponen senyawa penyusunnya secara Gas Chromatography – Mass Spectrometry (GC-MS). Penelitian ini bertujuan untuk menentukan karakteristik minyak nabati hasil ekstraksi secara fisiko-kimia dengan acuan SNI 01-3555-1998 dan identifikasi komponen kimia penyusun minyak limbah padat jamu menggunakan GC-MS.
METODE PENELITIAN Bahan dan Metode Bahan dan Alat Sampel berupa hasil ekstraksi limbah padat jamu dari salah satu pabrik jamu di Jawa Tengah. Bahan kimia yang digunakan yaitu akuades, cling wrap, aluminium foil, indikator jingga metil, kanji, kertas saring, H3PO4, n-heksana, CH2Cl2, C2H5OH, H2SO4, NaOH, HCl, KOH, Na2S2O3, KI, I2, K2Cr2O7,
Na2B4O7·10H2O, indikator
Phenolpthalein (PP), indikator Metil Merah (MM) dan indikator Metil Orange (MO) (semua reagen yang digunakan pro analysis, Merck). Alat-alat yang digunakan antara lain rotary evaporator Buchi R-114, neraca semi mikro O’haus, neraca digital O’haus, drying cabinet, waterbath, magnetic stirrer, hot plate stirrer, Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS) QP2010 SE, pHmeter Hanna, serta peralatan gelas laboratorium.
4
Metoda Analisis Fisiko-Kimiawi Minyak Limbah Padat Jamu Penentuan aroma dan warna ditentukan dengan pemaparan secara deskriptif, bilangan asam (SNI 01-3555-1998), asam lemak bebas (SNI 01-3555-1998), derajat asam (SNI 01-3555-1998), bilangan penyabunan (SNI 01-3555-1998) dan bilangan iodin. Bilangan Asam, Asam Lemak Bebas dan Derajat Asam (SNI 01-3555-1998) Sampel minyak sebanyak 2 g dimasukkan ke dalam erlenmeyer 250 ml, lalu ditambahkan 50 ml etanol netral 95% dan indikator PP sebanyak 3-5 tetes. Sampel kemudian dititrasi dengan larutan standar KOH 0,1 N hingga warna berubah menjadi merah muda tetap (tidak berubah selama 15 detik). Bilangan asam ditentukan dengan rumus:
bilangan asam
=
asam lemak bebas
=
derajat asam
=
Keterangan : V = volume KOH yang diperlukan dalam penitaran dalam (ml) T = normalitas KOH m = bobot contoh, dalam gram M = bobot molekul asam lemak
Bilangan Penyabunan (SNI 01-3555-1998) Sebanyak 2 g sampel ditimbang dengan ketelitian 0,0001 g, dan dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer 250 ml, kemudian 25 ml KOH alkohol 0,5N ditambahkan dengan menggunakan pipet. Erlenmeyer dihubungkan dengan pendingin tegak dan dididihkan di atas pemanas listrik selama 1 jam. Sebanyak 0,5-1 ml indikator PP diteteskan ke dalam larutan tersebut dan dititrasi dengan asam klorida HCl 0,5 N
5
sampai warna indikator berubah menjadi tidak berwarna. Bilangan penyabunan dihitung dengan rumus : Bilangan penyabunan = Keterangan : T = Normalitas HCl 0,5N Vo = Volume HCl 0,1 N yang diperlukan pada penitaran blanko (ml) V1 = Volume HCl 0,1 N yang diperlukan pada penitaran contoh (ml) m = bobot contoh (gram)
Bilangan Iodium Sampel minyak ditimbang sebanyak 5 g, lalu dimasukkan dalam erlenmeyer 250 ml, kemudian ditambahkan larutan Iod 5 ml, diklormetan 15 ml, H2O 20 ml dan indikator amilum 2-3 tetes. Larutan ini kemudian dititrasi dengan Na2S2O3 0,1 N. Blanko dikerjakan, lalu dihitung bilangan iodium dengan rumus : Bilangan iod = Keterangan : T = Normalitas larutan standar natrium tiosulfat 0,1N V3 = Volume larutan tio 0,1N yang diperlukan pada penitaran blanko (ml) V4 = Volume larutan tio 0,1N yang diperlukan pada penitaran contoh (ml) m = bobot contoh (gram)
Gas Chromatography-Mass Spectrometri Test (GC-MS) Minyak limbah padat jamu diidentifikasi komponen kimianya dengan menggunakan
alat
Gass
Chromatography-Mass
Spectrometry
(SHIMADZU
QP2010SE) di Laboratorium Terpadu, Fakultas MIPA, Universitas Islam Indonesia, Yogyakarta. Jenis kolom yang digunakan adalah Rtx-5MS, panjang 30 meter dan ID sebesar 0,25 mm. Kondisi pengoperasian alat menggunakan suhu pemanasan kolom: 80˚C selama 30 detik, suhu injeksi: 300˚C selama 5 menit, mode injeksi dengan split ratio sebesar 1
6
53:1 dan gas pembawa berupa helium dengan tekanan 16,5 KPa, total aliran: 80,1
ml
/menit, aliran kolom: 0,50
ml
/menit serta kelajuan linier: 26,1
cm
/detik. Sedangkan
untuk MS dengan kondisi yaitu: waktu awal (start time) 0 menit kemudian berlangsung sampai 27 menit (end time), interval 0,50 detik dengan scan speed 1111, awal 40 m/v; dan berakhir 550 m/v. Penentuan jenis komponen senyawa dilakukan dengan bantuan komputer menggunakan perangkat data base Willey 7, NIST 12 dan NIST 62 Library.
HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Fisiko-Kimiawi Minyak limbah jamu yang dihasilkan berwarna kuning kehijauan dengan aroma jamu yang khas. Warna kuning kehijauan disebabkan oleh zat warna klorofil dan karoten yang secara alamiah ikut terekstrak bersama minyak pada saat proses ekstraksi. Sifat fisiko-kimiawi minyak limbah padat jamu yang dihasilkan disajikan pada Tabel 1. Tabel 1. Hasil Analisis Fisiko-Kimia Minyak Kasar Limbah Jamu Jenis analisa
Hasil
SNI (7431-2015)
Warna
Kuning kehijauan
-
Bilangan asam
56,4494 mg KOH/g
Maks. 4,0 mg KOH/g
Asam lemak bebas
25,8017 %
-
Derajat asam
100,6228 ml NaOH/g
-
Bilangan penyabunan
77,0299 mg KOH/g
180-265mg KOH/g
Bilangan iodium
1,9262 gI2/100g
Maks. 115 gI2/100g
7
Bilangan Asam Tabel 1 menunjukkan bahwa nilai bilangan asam minyak limbah jamu sebesar 56,4494 mg KOH/g. Bilangan asam adalah jumlah miligram KOH yang dibutuhkan untuk menetralkan asam-asam lemak bebas dari satu gram minyak atau lemak. Bilangan asam digunakan untuk mengukur jumlah asam lemak bebas yang
terdapat dalam
minyak atau lemak (Ketaren, 1986). Hasil ini berbeda dengan nilai bilangan asam syarat mutu minyak nabati untuk biodiesel (SNI 7431-2015) maksimal 4,0 mg KOH/g lemak. Nilai bilangan asam minyak limbah padat jamu tergolong tinggi. Tingginya bilangan asam diduga karena terjadinya reaksi hidrolisis, yang disebabkan oleh lipase yang berasal dari mikroorganisme, serta adanya sejumlah air yang terkandung dalam minyak tersebut. Kandungan air yang tinggi menyebabkan minyak mudah terhidrolisis menjadi gliserol dan asam lemak bebas (Ketaren, 1986). Asam Lemak Bebas Asam lemak bebas diperoleh dari proses hidrolisis, yaitu dari penguraian lemak atau trigliserida oleh molekul air yang menghasilkan gliserol dan asam lemak bebas (Yoenoes, 2012). Tabel 1 menunjukkan bahwa nilai asam lemak bebas minyak limbah padat jamu cukup tinggi yaitu sebesar 25,8017%, hal ini seiring dengan tingginya nilai bilangan asam. Asam lemak bebas yang tinggi dipengaruhi oleh hidrolisis minyak ataupun karena proses pengolahan minyak yang kurang baik. Derajat Asam Derajat asam yaitu banyaknya mililiter
KOH
/NaOH 0,1 N yang diperlukan untuk
menetralkan 100 gram minyak atau lemak (Sudarmadji, 1989). Tabel 1 menunjukkan bahwa nilai derajat asam minyak limbah padat jamu cukup tinggi yaitu 100,6228 ml NaOH
/g, hal ini dipengaruhi oleh bilangan asam dan asam lemak bebas yang tinggi.
8
Bilangan Penyabunan Bilangan penyabunan menunjukkan jumlah alkali yang dibutuhkan untuk menyabunkan sejumlah sampel minyak atau lemak (Dewi, 2012). Bilangan penyabunan menunjukkan rata-rata massa molekul atau panjang rantai asam lemak bebas (Kittiphoom, 2012). Tabel 1 menunjukkan bahwa nilai bilangan penyabunan minyak limbah jamu sebesar 77,0299 mg KOH/g. Hasil ini berbeda dengan nilai bilangan penyabunan syarat mutu minyak nabati untuk biodiesel (SNI 7431-2015) yaitu 180-265 mg KOH
/g lemak. Nilai bilangan penyabunan minyak limbah padat jamu tergolong rendah,
hal ini terkait dengan kandungan asam lemak bebas yang tinggi pada minyak limbah padat jamu. Namun minyak limbah padat jamu juga mengandung senyawa-senyawa berantai panjang (BM tinggi) yang ditunjukkan pada Tabel 2, akibatnya bilangan penyabunan yang dihasilkan rendah (Kartika, dkk., 2010). Bilangan Iodium Bilangan iodium menunjukkan besarnya tingkat ketidakjenuhan asam lemak yang menyusun minyak atau lemak. Banyaknya iodium menunjukkan banyaknya ikatan rangkap (Sudarmadji, 1989). Tabel 1 menunjukkan bahwa nilai bilangan iodium minyak limbah padat jamu sebesar 1,9262 g-I2/100g. Hasil ini sesuai dengan nilai bilangan iodium syarat mutu minyak nabati untuk biodiesel (SNI 7431-2015) yaitu maksimal 115 g-I2/100g. Bilangan iodium rendah menunjukkan rendahnya derajat ketidakjenuhan. Semakin tinggi titik cair semakin rendah bilangan iodium dan kadar asam lemak tidak jenuh. Asam lemak jenuh berbentuk padat dan asam lemak tidak jenuh berbentuk cair, karena semakin tinggi bilangan iodium, maka semakin tidak jenuh dan semakin lunak lemak tersebut (Anonim, 2011).
9
Gas Chromatography-Mass Spectrometry Test (GC-MS) Hasil analisis GC-MS disajikan pada Gambar 1 dan 2. Hasil analisa menunjukkan bahwa sampel minyak tersusun dari 12 puncak senyawa dengan 7 senyawa dominan di dalamnya dengan kadar di atas 2% yang ditunjukkan oleh masingmasing puncak bernomor 1, 2, 3, 4, 5, 6 dan 7 (Gambar 1, Tabel 2) pada kromatogram.
Gambar 1. Kromatogram GC Minyak Limbah Padat Jamu
10
Sedangkan analisa data hasil spektroskopi massa tiap puncak dilakukan dengan membandingkan spectra sampel dengan spectra data base Wiley yang disajikan pada Gambar 2.
(2a)
(2b)
(2c) (IlmuKimia, 2013) Gambar 2. (2a) Spektrum Puncak No.1 Sampel Minyak Limbah Padat Jamu. (2b) Spektrum Asam Oleat Berdasarkan Data Referensi Wiley. (2c) Struktur Molekul Asam Oleat.
Spektrum 2a (sampel) merupakan spektrum dari puncak nomor 1 (Gambar 1) dengan waktu retensi 17,973 dan Mr 282,4614 (g/mol), memiliki fragmentasi yang serupa dengan spektrum 2b (Wiley), yang teridentifikasi sebagai asam oleat, sehingga dapat disimpulkan bahwa puncak nomor 1 (Gambar 1) merupakan puncak dari asam oleat.
11
Dengan cara yang sama, spektrum puncak nomor 2, 3, 4, 5 dan 6 berturut-turut teridentifikasi sebagai asam miristat, asam palmitat, asam oleat, asam miristat, 4,4dimetoksibenzoin dan oktadekan. Komponen kimiawi penyusun minyak limbah padat jamu yang telah teridentifikasi disajikan pada Tabel 2. Tabel 2. Komponen Kimia Penyusun Minyak Limbah Padat Jamu No.
Index
Rumus
Kandungan g
Komponen kimia
BM ( /mol)
Puncak
retensi
molekul
(%)
1
17,973
Asam oleat
C18H34O2
282.4614
41,10
2
13,907
Asam miristat
C14H28O2
228.3709
24,55
3
16,143
Asam palmitat
C16H32O2
256.4241
10,86
4
18,592
Asam oleat
C18H34O2
282.4614
7,89
5
14,687
Asam miristat
C14H28O2
228.3709
3,55
6
23,445
4,4 dimetoksibenzoin
C16H16O4
272.2958
2,58
7
22,238
Oktadekan
C18H37Cl
288,9379
2,16
Minyak limbah padat jamu didominasi oleh tiga komponen yang sama yang muncul pada 5 puncak berbeda . Komponen pertama yaitu senyawa asam asam oleat muncul pada 2 puncak no.1 dan 4 dengan indeks retensi 17,973 dan 18,592; serta kadar masing-masing puncak sebesar 41,10% dan 7,89% atau 48,99%. Sedangkan komponen senyawa dominan kedua adalah asam miristat yang diperlihatkan pada puncak no.2 dan 5 dengan indeks retensi 13,907 dan 14,687; serta kadar masing-masing puncak sebesar 24,55% dan 3,55% atau 28,10%. Munculnya lebih dari satu puncak untuk senyawa yang sama dimungkinkan karena terjadinya proses isomerisasi (Ristanti, et al., 2016 dalam
12
Soetjipto dkk., 2008). Senyawa dominan berikutnya adalah asam palmitat dengan indeks retensi 16,143 dan kadar 10,86%. Selanjutnya diikuti dengan 4,4-dimetoksibenzoin dengan indeks retensi 23,445 dan kadar 2,58%, serta oktadekan dengan indeks retensi 22,238 dan kadar 2,16%. Sehingga dari total komponen penyusun minyak limbah padat jamu terdeteksi sebanyak 92,69%, sedangkan sisanya sebanyak 5 puncak merupakan campuran komponen dengan kadar kurang dari 2%.
KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian maka dapat disimpulkan bahwa : 1. Hasil pengukuran fisiko-kimia antara lain: warna minyak berwarna kuning kehijauan, bilangan asam 56,4494
mg KOH
/g lemak; asam lemak bebas 25,8017 %;
derajat asam 100,6228 ml NaOH/g lemak; bilangan penyabunan 77,0299 mg KOH/g lemak; dan bilangan iodin sebesar 1,9261 gI2/100g lemak. 2. Komposisi senyawa penyusun minyak nabati limbah padat jamu didominasi oleh 5 komponen kimiawi, yaitu asam oleat 48,99%, asam miristat 28,10%, asam palmitat 10,86%, 4,4-dimetoksibenzoin 2,58% dan oktadekan 2,16%.
DAFTAR PUSTAKA Amir, A.N. dan Lestari, P.F., 2013. Pengambilan Oleoresin dari Limbah Ampas Jahe Industri Jamu (PT. Sido Muncul) Dengan Metode Ekstraksi. Jurnal Teknologi Kimia dan Industri. 2(3):88-95. Anonim, 2012. Bilangan Iodium. https://id.scribd.com/doc/51938109/Bilangan-Iodium. Diakses tanggal: 1 Agustus 2016.
13
Anonim,
2012.
Mengenal
Limbah
Industri.
http://www.kompasiana.com/kuntoro.suhardi/mengenal-limbahindustri_551b2f7da333118f23b65ddb. Diakses tanggal: 29 Juli 2016. Anonim, 2013. Pasar Obat Herbal Diharapkan Terus Meningkat. Berita Kesehatan, Health Kompas. Arief, L. M., 2012. Pengelolaan Limbah Padat di Industri. Makalah. Fakultas Kesehatan Masyarakat, Universitas Esa Unggul, Jakarta. Aula, L. E., 2015. Analisis Mengenai Dampak Lingkungan PT. Sido Muncul. makalah. Program Studi Kesehatan Masyarakat, Fakultas Kedokteran dan Ilmu Kesehatan, UIN Syarif Hidayatullah, Jakarta. Badan Standarisasi Nasional 1998. SNI 01-3555-1998 : Cara Uji Minyak dan Lemak. Badan Standarisasi Nasional 1998. SNI 7415-2015 : Mutu dan Metode Uji Minyak Nabati Murni Untuk Bahan Bakar Motor Diesel Putaran Sedang. Dewi, R. K. 2012. Studi Awal Pemanfaatan Minyak Biji Mangga (Mangifera indica L. var Arumnis) Sebagai Bahan Pembuatan Lotion. Skripsi. Fakultas Sains dan Matematika, Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga. Ilmukimia, 2013. http://www.ilmukimia.org/2013/03/golongan-asam-karboksilat.html. Diakses tanggal: 16 Agustus 2016. Kartika, I. A., Fathiyah, S., Desrial dan Purwanto, Y. A., 2010. Permurnian Minyak Nyamplung dan Aplikasinya Sebagai Bahan Bakar Nabati. Jurnal Industri Pertanian. 20(2):122-129. Ketaren, S., 1986. Minyak dan Lemak Pangan, Ed. 1. Jakarta: UI-Press. Kittiphoom, S., Sutasinee, S., 2013. Mango Seed Kerjen Oil and Its Physic Chemical Properties. International Food Research Journal, 20(3):1145-1149.
14
Regina, C., Soetjipto, H., dan Kristijanto, A.I., 2015. Pengaruh Berbagai Metoda Distilasi Dalam Proses Recovery Minyak Atsiri Limbah Padat Jamu Terhadap Rendemen Minyak. Skripsi. Program Studi Kimia, Fakultas Sains dan Matematika, Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga. Soetjipto, H., Dewi, L. dan Prayitno, S. A., 2008. Isolasi dan Identifikasi Senyawa Antibakteri Minyak Atsiri Daun Kembang Bulan (Tithonia diversifolia (Hemsley) A. Gray). Jurnal Ilmiah Nasional. 9(2):155-162. Sudarmadji, S., 1989. Analisa Bahan Makanan dan Pertanian. Liberti: Yogyakarta. Yoenoes, S., 2012. Pemeriksaan Kadar Asam Lemak Bebas Pada Minyak Kelapa Sawit (Elaeis guinensis jack). Makalah. Fakultas MIPA, Universitas Sumatera Utara, Medan.
15
