Seminar Teknik Kimia
Soehadi Reksowardojo ISSN 0854-7769 © 2007 http://www.che.itb.ac.id/stksr
Studi Pengaruh Flowrate, Waktu Kontak dan Tinggi Bed Terhadap Proses Pemisahan Larutan D-Glukosa dan DFruktosa 1.
Sri Haryati1, Erfina Oktariani2, Triana Prihatin2 Program Studi Teknik Kimia,Program Pasca Sarjana Universitas Sriwijaya, Palembang Jalan Padang Selasa No. 524, Bukit Besar, Palembang 30139 Telp: (0711)352132 354222, Fax: (0711) 317202 320310, Email :
[email protected]
Abstrak: Menurunnya tingkat kesehatan masyarakat akibat mengkonsumsi gula pasir (sukrosa) berlebih dapat dilihat dengan meningkatnya jumlah penderita penyakit seperti diabetes melitus. Penyakit ini disebabkan oleh kadar glukosa darah yang tinggi akibat konsumsi gula pasir (sukrosa) yang berlebihan. Padahal, gula pasir merupakan salah satu bahan pokok yang dikonsumsi secara langsung dan sebagai bahan pemanis untuk keperluan berbagai industri pangan dan minuman. Gula yang sehat adalah yang mengandung D-fruktosa karena di dalam darah D-fruktosa tidak mudah terbakar dibandingkan dengan D-glukosa. Untuk itu dibutuhkan teknologi pengolahan gula untuk mengubah D-glukosa menjadi D-fruktosa dan memisahkan D-Glukosa dan D-Fruktosa. Pada penelitian ini pemisahan larutan D-Glukosa dan D-Fruktosa menggunakan kolom adsorpsi dengan zeolit alam sebagai adsorben. Penelitian ini difokuskan untuk mempelajari pengaruh variabel flowrate, waktu kontak, dan tinggi bed terhadap pemisahan D-Fruktosa dan D-Glukosa untuk mendapatkan derajat pemisahan yang relatif tinggi. Pada waktu kontak 60 menit, dengan tinggi bed 30 cm, flowrate 900 ml/menit, dan temperatur 600C, konsentrasi fruktosa yang teradsorpsi cenderung naik. Keywords: D-Fruktosa, proses adsorbsi, konsentrasi fruktosa, zeolit alam.
1. Pendahuluan Salah satu tujuan pembangunan nasional adalah menciptakan masyarakat yang makmur dan sejahtera. Untuk menciptakan kondisi tersebut diperlukan pembangunan yang merata di segala bidang. Tetapi pada kenyataannya, sangat sulit untuk menciptakan kondisi yang demikian, karena begitu banyak permasalahan yang kompleks dan dilematis, seperti kondisi sosial , ekonomi, dan politik yang tidak stabil. Ketidakseimbangan antara peningkatan populasi dengan pemerataan pembangunan dan
Seminar Teknik Kimia Soehadi Reksowardojo 2007, 21
2
tingkat kesejahteraan dalam skala mikro, kondisi stagnasi pembangunan juga akan memunculkan permasalahan yang menyangkut komunitas, seperti menurunnya tingkat kualitas kesehatan masyarakat akibat mengkonsumsi kebutuhan hidup yang belum terjamin kualitasnya sebagai akibat rendahnya daya beli masyarakat. Menurunnya tingkat kesehatan masyarakat akibat mengkonsumsi kebutuhan hidup yang belum terjamin kualitasnya dapat dilihat dengan meningkatnya jumlah penderita penyakit seperti diabetes melitus. Penyakit ini diakibatkan oleh konsumsi gula pasir (sukrosa) secara berlebihan yang notabene disebabkan oleh konsumsi karbohidrat yang berlebihan. Ironisnya, di Indonesia, gula pasir (sukrosa) merupakan salah satu dari sembilan bahan pokok yang dikonsumsi secara langsung dan sebagai bahan pemanis untuk keperluan berbagai industri pangan dan minuman. Dan permintaan akan gula terus meningkat mengikuti pertumbuhan jumlah penduduk. Berbeda dengan negara-negara seperti Eropa yang telah melakukan teknologi pengolahan dalam penghasilan gula fruktosa dari tanaman lain seperti jagung. Di Indonesia umumnya berasal dari tanaman tebu, dengan kandungan kadar gula hampir sebagian besar sukrosa. Salah satu contoh gula pasir (sukrosa) yang diproduksi oleh PT.Gula Putih Mataram kandungan sukrosa 84,83% didalamnya terdapat D-glukosa 68,25% dan D-fruktosa 16,58% dengan kandungan energi sebesar 225 erg/cm3. Data yang berasal dari berbagai instansi yang terkait dapat dijadikan salah satu acuan dan pertimbangan untuk peramalan (forecasting) mengenai keadaan dan kondisi kesehatan masyarakat, secara makro. Bukan tidak mungkin, satu atau dua dekade mendatang, sebagian besar masyarakat Indonesia akan terkena penyakit ini, yang dipercaya sebagian orang adalah penyakit turunan. Untuk menjamin lancarnya proses pembangunan sehingga menjadi suatu proses yang berkesinambungan (sustainable development), maka diperlukan upaya-upaya yang berkenaan dengan peningkatan kualitas kesehatan masyarakat. Slogan Lebih baik mencegah daripada mengobati tampaknya lebih tepat untuk mengatasi masalah ini. Upaya riil yang telah dilakukan oleh pihak terkait, seperti Dinas Kesehatan, antara lain mengadakan sosialisasi tentang bahaya konsumsi gula pasir dan sumber karbohidrat yang berlebihan harus didukung dan ditunjang oleh upaya pengadaan sumber gula yang lebih baik kualitasnya. Solusi yang terbaik adalah dengan menggunakan teknologi pengolahan gula secara tepat sehingga akan berguna bagi kesehatan masyarakat. Ilmu pengetahuan dan teknologi memegang peranan penting serta mempengaruhi perkembangan di segala bidang kehidupan dan pembangunan. Oleh karena itu pengembangan dan penguasaannya perlu dilanjutkan dan diarahkan untuk memajukan kesejahteraan seluruh masyarakat. Dalam rangka peningkatan kualitas hidup, pengembangan dan penerapan teknologi dalam pemanfaatan potensi yang ada perlu terus dikembangkan. Teknologi proses sintesis sukrosa untuk menghasilkan fruktosa telah dikembangkan pertama kali pada tahun 1847. Proses ini dapat dilakukan melalui biokimia dan kimia. Proses biokimia lebih lazim digunakan daripada proses kimia, karena proses kimia cenderung menghasilkan campuran gula komplek dan kecenderungan untuk fruktosa yang dihasilkan selama proses kimia untuk kembali membentuk glukosa. Pada tahun 1987 Sidney A. Barker dan Peter J. Somer menemukan suatu proses yang efektif untuk merubah suatu aldosa menjadi ketose dalam suasana asam dengan halida logam sebagai katalis yang terdiri dari beberapa contoh percobaan yaitu: D-mannosa 0,25 gr dilarutkan dalam larutan CaBr2H2O 6 gr dalam air sebanyak 4 gr dengan penambahan NaOH. Bejana reaksi dipertahankan pada temperatur 700C selama 60 menit. Setelah pendinginan campuran reaksi dianalisa dengan kromatografi pertukaran
Seminar Teknik Kimia Soehadi Reksowardojo 2007, 21
3
anion borat. Dengan konversi D-fruktosa 95% dan D-mannosa 5%. Selanjutnya contoh 3, D-manossa 0,25 gr dilarutkan dalam larutan anhydrous MgCl2 4 gr dalam air 6 gr. Larutan dipanaskan pada temperatur 700C selama 60 menit. Dengan konversi D-fruktosa 25%. Dan contoh 4 dengan cara yang sama D-manossa 0,25 gr direaksikan dengan larutan anhydrous ZnCl2 8 gr dalam air 2 gr. Dengan konversi D-fruktosa 41%. Proses kimia yang telah dilakukan oleh beberapa peneliti masih dalam skala laboratorium dan acapkali menimbulkan masalah yang berhubungan dengan warna dan konversi terbentuknya fruktosa yang masih kecil disebabkan derajat turbulensi fluida yang rendah. Untuk meningkatkan warna dan konversi terbentuknya fruktosa yang besar maka diupayakan suatu teknologi, dimana teknologi yang dipilih adalah teknologi pulsasi. Teknologi pulsasi memiliki keuntungan di dalam meningkatkan proses perpindahan massa dan perpindahan panas, serta energi proses yang dipergunakan dapat seminimal mungkin dibanding dengan teknologi agitator. Dan pola aliran yang dihasilkan oleh teknologi pulsasi merupakan komponen aksial yang dihasilkan oleh gerak rotasi menjadi gerak translasi, dimana pada gerak translasi akan terbentuk fase pemisahan campuran glukosa fruktosa menjadi glukosa dan fruktosa dengan akselerasi dan dekselerasi. Sehingga derajat turbulensi yang dihasilkan besar dan dispersi larutan lebih homogen. Lain halnya dengan teknologi agitator. Pada proses ini pola aliran yang dihasilkan terdiri dari komponen radial, longitudinal dan tangensial yang didapat dari gerak rotasi. Dimana komponen tangensial di dalam teknologi agitator dapat menyebabkan terbentuknya vorteks dan derajat turbulensi yang dihasilkan menjadi kecil. Sehingga dispersi larutan lambat terjadi. Selain teknologi merubah D-glukosa menjadi D-fruktosa terus dikembangkan. Teknologi pemisahan campuran yang terdiri dari D-glukosa dan D-fruktosa juga terus dikembangkan oleh beberapa peneliti sejak tahun 1980-an. Pada tahun 1984 Richard W Neusoil dkk. menemukan suatu metoda untuk memisahkan glukosa dari campuran glukosa dan fruktosa dengan menggunakan zeolit sintetis yang terdiri dari beberapa tipe yaitu: zeolit A tipe molecular sieves 5A, zeolit Y tipe molucular sieves linde SK-40 dan zeolit X tipe molecular sieves 13X. Pada penelitian ini mencoba memisahkan larutan campuran D-glukosa dan D-fruktosa dengan menggunakan zeolit alam yang diproduksi oleh PT.Minatama Mineral Perdana. 2. Metodologi Penelitian Penelitian ini merupakan kelanjutan dari proses tautomerisasi larutan D-glukosa menjadi D-fruktosa dengan menggunakan bantuan aliran pulsasi. Dimana pada tahap ini yang akan diteliti yaitu penggunaan kolom adsorpsi untuk memisahkan D-glukosa dan D-fruktosa di dalam larutan gula berdasarkan pada sifat adsorbat dan adsorbennya. Untuk memisahkan D-glukosa dan D-fruktosa diperlukan suatu media adsorben di dalam kolom adsorpsi tersebut, media yang mempunyai kapabilitas yang baik untuk proses adsorpsi, salah satu diantaranya adalah zeolit alam. D-glukosa dan D-fruktosa terikat pada zeolit secara fisisorpsi. Komposisi D-glukosa dan D-fruktosa yang terikat pada zeolit tergantung dari selektivitas zeolit dari jenis kation serta kadar air yang terdapat di dalam rongga zeolit. Pada penelitian ini akan dipelajari variabel apa saja yang mempengaruhi proses adsorpsi, yang meliputi laju alir fluida, temperatur, waktu kontak dan tinggi bed dari zeolit.
Seminar Teknik Kimia Soehadi Reksowardojo 2007, 21
4
2.1. Persiapan Bahan Baku 2.1.1 α.D-glukopiranosa Bahan baku yang dipergunakan terdiri dari dua bahan baku yaitu α.D-glukopiranosa murni sebesar 98% dan gula pasir yang diproduksi oleh PT.Gula Putih Mataram dengan kandungan Dglukosa 68,25% dan D-fruktosa 16,58%. Dengan katalis NaBr.2H2O dan larutan NaOH 50% untuk membuat suasana larutan dalam kondisi basa pada pH 8 - 11. 2.1.2 Zeolit Zeolit yang dipergunakan merupakan zeolit alam jenis Klinoptilolite yang terdapat di Lampung. Zeolit jenis ini telah dipakai sebagai adsorben pada berbagai bidang keperluan misalnya pada bidang pertanian dan bidang industri. Pada bidang industri zeolit ini dipergunakan untuk pemisahan gas, penyerapan gas dan pengeluaran logam berat. 2.2 Deskripsi Penelitian Penelitian ini terbagi atas dua proses tahapan yang diuraikan sebagai berikut: α -D -g lu k o p ir a n o s a
H 2O N aO H
N aB r . 2 H 2O P en cam p uran
T a u t o m e r is a s i
R e c y c le 76%
R e c y c le P en cam p uran B ack w ash H 2O
A d sorb si
P ro d u k
Gambar 1. Blok Diagram Transformasi D-Glukosa Menjadi D-Fruktosa Pada proses pemisahan larutan D-glukosa dengan D-fruktosa menggunakan metode adsorbsi dimana zeolit dgunakan sebagai adsorben. Dimana larutan gula tersebut dimasukkan ke dalam tangki pencampur, dipanaskan pada 500C 600C dan tekanan 1 atm, selanjutnya fluida dialirkan ke dalam kolom adsorpsi yang telah berisi zeolit dengan tinggi zeolit bervariasi pada packed bed. Kolom adsorpsi terdiri dari dua kolom yang dipergunakan secara bergantian. Larutan gula dari tangki pencampur dialirkan lewat samping dinding kolom adsorpsi pada bagian atas kolom dengan kecepatan laju alir fluida bervariasi antara 540 ml/menit sampai dengan 900 ml/menit yang diatur dengan flowmeter, dengan waktu operasi selama 60 90 menit. Selanjutnya D-fruktosa yang telah teradsorpsi dilepaskan dari zeolit dengan menggunakan air lewat bagian bawah.
Seminar Teknik Kimia Soehadi Reksowardojo 2007, 21
5
3. Hasil dan Diskusi 3.1 Pengaruh Flowrate terhadap Konsentrasi D-Fruktosa Teradsorb Konsentrasi D-fruktosa yang teradsorpsi cenderung naik pada waktu kontak antara 10 60 menit dengan kenaikan flowrate. Hal ini disebabkan semakin tinggi flowrate, semakin besar massa yang masuk ke dalam kolom adsorpsi. Kosentrasi fruktosa yang diadsorpsi dalam kolom tersebut dipengaruhi oleh struktur bentuk zeolit itu sendiri. Salah satunya porositas zeolit. Dimana porositas o
zeolit antara 5 A o
o
o
10 A , molekul size D-fruktosa, D-glukosa, NaBr.2H2O dan H2O masing-masing o
o
7,7 A , 13,16 A , 13,89 A dan 2,5 A . Sehingga molekul yang dapat masuk ke dalam pori zeolit hanya molekul D-fruktosa dan air sementara D-glukosa dan NaBr.2H2O tidak dapat masuk karena ukuran partikelnya lebih besar dari porositas zeolit. Konsentrasi fruktosa yang teradsorpsi pada waktu kontak 60 menit dengan kenaikkan flowrate cenderung konstan, hal ini disebabkan karena daya serap zeolit sudah mencapai titik jenuh. 3.2 Pengaruh Waktu Kontak terhadap Konsentrasi D-Fruktosa Teradsorb Konsentrasi fruktosa sisa pada flow rate antara 540 ml/menit 900 ml/menit dengan waktu kontak yang lama, cenderung turun. Sebaliknya dengan waktu kontak yang lama, konsentrasi fruktosa yang teradsorpsi cenderung naik. Hal ini terbukti waktu kontak mempengaruhi proses adsorpsi. 3.3 Pengaruh Volume bed terhadap konsentrasi D-fruktosa teradsorb Konsentrasi fruktosa yang teradsorpsi dengan waktu kontak antara 10 60 menit dan tinggi bed bertambah konsentrasi D-fruktosa teradsorpsi cenderung turun. Konsentrasi D-fruktosa yang teradsorpsi pada waktu 10 menit, dengan naiknya tinggi bed cenderung turun, Hal ini disebabkan penyebaran fluida ke dalam zeolit belum merata. 4. Kesimpulan Zeolit alam yang dipergunakan untuk pemisahan D-glukosa dan D-fruktosa bisa dipakai sebagai adsorben, sebagai pengganti zeolit sintetis. Dengan derajat pemisahan D-glukosa dan Dfruktosa yang hampir sama sebesar 76%. Daftar Pustaka 1. 2. 3. 4.
Clifford, A. Hampel, dan Gessnes G. Hawley, (1973), The Ecyclopedia of Chemistry , Third Edition Frederick,W. Parrish, dan Natick, (1969), Fructose Formation From Glucose . US.Patent 3,431,253 G.V. Tsitsishvili FG. Andronikashvili and G.N. Kirov L.D. Filizova, Zeolit . Miyahara, et.al., (1984), Method For The Separation Of Glocose And Fructose . US.Patent 4,472,203.
Seminar Teknik Kimia Soehadi Reksowardojo 2007, 21 5. 6. 7. 8.
6
Neusil.et.al., (1984), Process For Separating Glucose From Fructose By Selective Adsorption .US.Patent.4,442,285. Ni., X, and Gao. Siwen, (1994), Study of Mass Transfer in Yeast in a Pulsed Baffeled Bioreaktor , Biotechnology and Bioengineering, U.K. Suyartono, dan Komardi O.S (1986), Penerapan Model Pengolahan dan Pemanfaatan zeolite Bayah untuk Gas & Cairan Sidney, A.Barker, dan Peter J.Somers, (1987), Process For Effecting Aldose To Ketose Conversion .US.Patent 4,663,449.
