Disusun Sebagai Tugas Mata Kulia Kimia Dasar

OlehYuliani

091810301040

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS JEMBER

APLIKASI FLUIDA SUPERKRITIS PADA EKSTRAKSI MINYAK ATSIRI DENGAN

PELARUT CO2

Penggunaan fluida superkritis sebagai pelarut dalam ekstraksi sudah berkembang sejak tiga dekade terakhir. Hal ini didasarkan pada perubahan

sifat fluida saat berada pada titik kritisnya yang menunjukkan berbagai kelebihan sebagai pelarut . Karakter uniknya yang menunjukkan kelarutan tinggi, densitas tinggi, viskosits rendah dan difusivitas diantara sifat cair

dan gas menjadikan fluida superkritis dapat menjadi pelarut yang ideal dan potensial. Keuntungan dari ekstraksi dengan fluida superkritis antara lain; proses berlangsung cepat, residu minimal, pelarut yang ramah lingkungan,

tidak mudah terbakar dan tidak beracun.

CO2 pada kondisi superkritis adalah salah satu pelarut yang digunakan secara luas pada proses ekstraksi.

Dengan temperatur kritis yang rendah (304,1 K) dan tekanan kritis menengah (7,28 MPa) menjadikan CO2

sebagai pelarut ideal, karena mampu menahan komponen-komponen terekstraksi dari degradasi

thermal.

Minyak atsiri umumnya tersusun atas komponen hidrokarbon terpena dan turunannya, komponen teroksigenasi, pigmen, wax, resin dan flavonoid. Hidrokarbon terpena adalah senyawa tidak

jenuh yang sangat mudah mengalami dekomposisi karena adanya pengaruh panas, cahaya dan oksigen. Proses ekstraksi dengan

menggunakan fluida superkritis ini mampu meningkatkan fraksinasi minyak atsiri dan mengurangi kandungan senyawa terpena yang berpengaruh terhadap degradasi minyak atsiri.

Kata kunci: Aplikasi, Fluida superkritis, Minyak Atsiri

ABSTRAK

Ekstraksi fluida superkritis adalah suatu proses ekstraksi menggunakan fluida superkritis sebagai pelarut. Teknologi ekstraksi ini, mengeksploitasi kekuatan pelarut dan properti fisik tambahan dari komponen murni atau campuran pada temperatur dan tekanan kritisnya dalam kesetimbangan fasa (Palmer, 1995)

Fluida superkritis ialah suatu zat yang memiliki sifat pertengahan antara cair dan gas.

Terjadi bila suatu zat berada di atas titik kritis

Pendahuluan

Pembahasan

Fluida superkritis ialah suatu zat yang memiliki sifat pertengahan antara cair dan gas.

Terjadi bila suatu zat berada di atas titik kritis. Fluida superkritis memiliki densitas tinggi, viskositas rendah, dan diffusivitas menengah antara gas dan cairan (Rizvi et al.,1986). Sifat yang tidak biasa ini menjadikan fluida superkritis sebagai pelarut yang ideal dan potensial. Kelarutan komponen dalam fluida superkritis tergantung pada densitas dari pelarut, juga affinitas psikokimia dari zat terlarut terhadap pelarut.

Fluida Superkritis

CO2 merupakan fluida yang digunakan secara luas dalam ekstraksi fluida superkritis, dengan pertimbangan sebagai berikut : Tidak berwarna, tidak berbau tidak beracun, tidak mudah terbakar, mudah diperoleh dengan tingkat kemurnian tinggi , memiliki parameter kritis yang sesuai (Tc = 304,1 K ; Pc = 72,8 Mpa ), relatif murah, lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan pelarut organik lainnya karena tidak meninggalkan residu, dapat mengekstrak dalam waktu singkat dan siklusnya dapat diulang (recycle).

Sifat Fisik Gas, Cairan dan Fluida Superkritis

terlihat bahwa gas memiliki difusivitas paling besar, sehingga laju transfer massanya juga terbesar. Dengan densitas terkecil, kekuatan gas sebagai pelarut kurang. Fluida superkritis memiliki densitas dan kekuatan pelarut yang hampir sebanding dengan cairan. Viskositas yang lebih rendah dari cairan, menyebabkan fluida superkritis memiliki kemampuan untuk penetrasi matriks inert dan solut ekstrak yang lebih baik. Keunggulan utama fluida superkritis dibandingkan dengan cairan adalah diffusivitas yang lebih besar. Meskipun tidak sebesar gas, difusivitas fluida superkritis yang 1000 kali lebih besar dari difusivitas cairan.

Pengaturan tekanan dan temperatur selama proses ekstraksi berlangsung, selain mengubah densitas CO2, juga berpengaruh terhadap kelarutan dan selektivitas dari solut ekstrak. Semakin tinggi tekanan dan kelarutan, total hasil ekstraksi akan semakin tinggi. Fraksinasi dan hasil ekstraksi fluida superkritis dapat diatur dengan mengelola tekanan dan temperatur ekstraksi, juga tekanan evaporasi produk bawah (down stream) selama proses separasi. Ekstraksi fluida superkritis memberikan keuntungan lebih jika dibandingkan dengan proses ekstraksi dengan menggunakan pelarut organik tradisional, sebagai misal, sisa pelarut tidak dapat dihindari dalam setiap proses ekstraksi dan selalu terukur secara kuantitatif, akan tetapi dalam produk akhir dari ekstraksi ini tidak akan ditemui sisa pelarut, karena adanya pengurangan pada tahap proses lanjutan.

CO2 secara umum telah diakui aman dan dicantumkan dalam US Food and Drug Administration sebagai bahan tambahan pangan manusia. Selain itu, proses ekstraksi dengan teknologi fluida superkritis, menghasilkan ekstrak dengan aroma dan rasa alami, karena pelarut CO2 memerlukan temperatur rendah, sehingga mampu menahan komponen yang memiliki kontribusi terbesar terhadap rasa dan aroma yang sensitif terhadap panas. Dalam proses tidak dihasilkan oksigen, sehingga proses oksidasi dari ekstrak dapat dikurangi secara signifikan.

  Kekurangan-kekurangan yang terjadi pada proses ekstraksi minyak

atsiri dengan distilasi air maupun dengan pelarut organik lainnya, antara lain : jumlah ekstrak yang dihasilkan sedikit, kehilangan komponen yang mudah menguap, waktu ekstraksi yang panjang, sisa pelarut yang berifat toksik, degradasi komponen tidak jenuh dan wangi yang tidak sesuai dengan yang diharapkan karena adanya pengaruh panas, tidak terjadi pada ekstraksi dengan fluida superkritis (Ebrahimzadeh et al., 2003, Szokonya and Then, 2000).

Ekstraksi minyak atsiri maupun komponen yang terkandung didalamnya dengan memanfaatkan fluida superkritis telah dilakukan pada beberapa komoditas penghasil minyak atsiri (Rozzi et al., 2001). Reverchon (1997) mengulas 84 artikel yang memanfaatkan fluida superkritis pada ekstraksi sampel tanaman, meliputi : lavender, paprika, peppermint, biji coriander dan sage. Ekstraksi fluida superkritis juga telah digunakan pada isolasi minyak atsiri dan komponen dari rempah eucalyptus (Della Porta et al., 1990 , Fadel et al., 1999), bergamont (Poiana et al., 1999) dan sereh (Sargenti dan Lancas, 1997). Fadel et al., (1999) membandingkan hasil ektraksi eucalyptus antara proses distilasi air dengan ekstraks fluida superkritis. Disimpulkan bahwa ekstrak dari proses ekstraksi fluida superkritis menghasilkan aktivitas antioksidan yang lebih tinggi dibandingkan ekstrak dari distilasi air.

Aplikasi Ekstraksi Minyak Atsiri

Bahan yang akan diekstrak umumnya daun, bunga, akar, buah, kulit buah, biji dan bagian tanaman lain yang mengandung minyak atsiri. Umumnya sampel dalam keadaan kering. Sebelum proses ekstraksi berlangsung, ada perlakuan pengeringan dengan :

a. freeze-dryingb. oven pada temperatur 45oC hingga didapatkan berat yang

konstanc. vacuum rotary evaporator pada 35oC hingga didapatkan berat

yang konstan Sampel kering digiling, sampai ukuran tertentu, disimpan dalam

wadah tertutup kemudian dimasukkan ke dalam refrigerator atau inkubator, sampai akan digunakan. Seperti sudah diuraikan sebelumnya, CO2 superkritis dengan kemurnian tinggi, digunakan sebagai pelarut dalam proses ekstraksi ini. Penambahan pelarut lain (co-solvent) juga dilakukan dalam beberapa penelitian, dengan tujuan untuk menambah polaritas pelarut. Keunggulan penggunaan CO2 sebagai pelarut, antara lain : tidak mudah terbakar, tidak beracun, lebih murah dibandingkan dengan pelarut cair setingkat pereaksi, tersedia dengan tingkat kemurnian tinggi, dapat dibuang ke atmosfir atau digunakan ulang tanpa menyebabkan keracunan.

Ekstraksi dengan Fluida Superkritis

Komponen dasar dari ekstrakor fluida superkritis ini adalah :

1. Persediaan CO22. Kompressor gas atau pompa3. Zona pemanasan atau oven4. Tangki ekstraksi5. Restriktor pengeluaran atau valve6. Akumulator ekstrak atau kolektor.

Desain Alat Ekstraksi Minyak Atsiri dengan Fluida Superkritis

Ekstraktor semi batch ini menggunakan karbon dioksida sebagai pelarut . Karbon dioksida cair dari tangki penyimpanan, melewati bak pendingin (sekitar 263 K), lalu dipompa oleh dua pompa plug. Tahap berikutnya, karbon dioksida dipanaskan dengan heat exchanger tubular hingga mencapai temperatur proses ekstraksi. Tekanan diatur dengan regulator tekanan. Ekstraktor yang berisi bahan baku, secara thermostatik dikontrol dengan tape pemanas elektrik, temperatur di dalam ekstraktor dikontrol dengan kontroler digital. Tekanan keluar ektraktor diukur dengan tekanan gauge. Setelah meninggalkan ekstraktor, aliran CO2 yang mengandung ekstrak. Mengalir melalui percabangan katup (valve) jarum. Tekanan aliran dalam perjalanannya, berkurang dalam 3 tingkatan menjadi tekanan atmosfir dan ektrak minyak terkumpul dalam kolektor. Air dan komponen yang mudah menguap tersimpan dalam kolektor ke-2.

Prinsip Kerja :

Fraksi terekstraksi dianalisa dengan alat GC-MS yang dilengkapi dengan detektor penangkap ion. Prosentase komposisi dari minyak volatil dan wax, terukur dari area puncak GC tanpa menggunakan faktor koreksi apapun. Identifikasi komponen didasarkan pada perbandingan waktu retensi dan spektra massa antara komponen dengan komponen murni.

Prosedur analisa

Parameter- parameter pada proses ekstraksi dengan fluida superkritis

Kenaikan temperatur diiringi dengan penurunan densitas fluida dan penurunan kelarutan minyak dalam fluida superkritis.

Dilain pihak, tekanan jenuh zat terlarut (solut) dalam fluida superkritis meningkat seiring dengan kenaikan temperatur yang akan memperbaiki kelarutan.

Pengaruh Tekanankenaikan tekanan

diiringi kenaikan densitas fluida superkritis dan juga kelarutan solut

Hasil ekstrak pada temperatur operasi 30, 35, 40 dan 50oC meningkat seiring dengan kenaikan tekanan sampai pada tekanan 30 MPa.

4. Pengaruh laju alir pelarut CO2Laju alir pelarut yang meningkat, akan mendorong kenaikan hasil ekstraksi.

Hal ini karena laju alir massa CO2 yang tinggi akan meningkatkan efisiensi proses.

5. Pengaruh waktu ekstraksiWaktu ektraksi terbagi menjadi 3 tahapan, yaitu : ekstraksi cepat bebas

solut, tahap transisi difusi internal dan permukaan, tahap ekstraksi lambat. Waktu yang digunakan pada tahap pertama, tergantung pada kelarutan solut dalam fluida superkritis CO2 dan ukuran partikel. Ekstraksi fluida superkritis belum menjadi teknologi yang matang. Pengetahuan tentang properti kimia mutlak diperlukan. Selain itu, ekstraktor dengan fluida superkritis memerlukanpenanganan yang sangat serius. Perlu tenaga yang sangat terlatih untuk mengoperasikannya. Restriktor harus diganti secara periodik, karena seringkali bengkok atau patah. Penggunaan fluida modifikasi (co-solvent) yang sedianya untuk meningkatkan kekuatan pelarut, justru akan merusak restriktor.

Dari pembahasan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1. Ekstraksi dengan fluida superkritis (CO2) memiliki keunggulan dibanding

distilasi air , antara lain : proses ekstraksi berlangsung lebih cepat, selektivitas yang lebih tinggi, tidak ada sisa pelarut yang tertinggal pada ekstrak yang bersifat toksik, kemungkinan hilangnya komponen yang mudah menguap dan terjadinya degradasi thermal komponen tidak jenuh dari ekstrak dapat dicegah.

2. Komponen non volatil pada ekstrak yang kemungkinan mengalami dekomposisi sebelum mencapai titik didihnya, dapat dipisahkan dengan ekstraksi fluida superkritis.

3. Perbandingan komposisi pada ekstrak dapat diatur dengan mengubah parameter-parameter ekstraksi, seperti : temperatur, tekanan, ukuran partikel sampel yang akan diekstrak, volume dan laju alir pelarut serta lamanya ekstraksi.

4. Proses ekstraksi dengan teknologi fluida superkritis, menghasilkan ekstrak dengan aroma dan rasa alami, karena pelarut CO2 memerlukan temperatur rendah, sehingga mampu menahan komponen yang memiliki kontribusi terbesar terhadap rasa dan aroma yang sensitif terhadap panas agar tidsk mengalami degradasi (kerusakan).

Kesimpulan

Anonim, September 2004. Peluang Pasar Minyak Atsiri di Pasar India dan Spanyol,Disperindag –Jabar.

Harimurti, N dan Sumangat,D. 2004. Aplikasi Fluida Superkritis pada Ekstraksi Minyak Atsiri. Bogor: Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Pascapanen Pertanian

Palmer, MV and Ting, SS 1995. Appication for Supercritical fluid Technology in food processing, Food Chemistry (52) 345 – 352.

Suhanda, Hokcu. 1998. Kromatografi Fluida Superkritis. Yogyakarta: Jurusan Pendidikan Kimia UNY.

Daftar Pustaka