BAB IITINJAUAN PUSTAKA2.1. Sejarah Alkil PoliglikosidaAlkil poliglikosida pertama kali disintesis dan diidentifikasi di laboratorium oleh Emil Fischer pada tahun 1893. Proses ini dikenal sebagai Fischer Glycosidation. Struktur dari etil glukosida digambarkan oleh Fischer sebagaimana dilihat pada gambar 2.1 dan proses pembuatan glikosida dilihat dari gambar 2.2. Fischer mereaksikan glukosa dan alkohol yang bersifat hidrofilik seperti metanol, etanol, gliserol. Lalu mereaksikannya pada alkohol yang bersifat hidrofobik dengan rantai alkil dari octil (C8) hingga heksadecil (C16) yang merupakan sifat dari alkohol lemak. Hasil sintesis yang diperoleh berupa kumpulan dari alkil mono, poli, dan oliglikosida. Berdasarkan kompleksitas inilah maka produk yang dihasilkan disebut Alkil poliglikosida (Hill et al, 1996). Paten dengan menggunakan alkil poliglikosida dipublikasikan di Jerman sekitar 40 tahun kemudian hingga saat ini berbagai penemuan tentang alkil poliglikosida terus berkembang.

Gambar 2.1 Struktur molekul Alkil Poliglikosida (Hill et al, 1996)

Gambar 2.2 Proses Pembuatan Glikosida oleh Fischer (Hill et al, 1996)

Rohm dan Haas pertama kali memasarkan oktil/desil (C8/10) poliglikosida sebagai kebutuhan komersial di akhir tahun 1970 diikuti oleh BASF dan kemudian SEPPIC. Diawal tahun 1980, beberapa perusahaan memulai program untuk mengembangkan alkil poliglikosida alkil rantai panjang yang bertujuan untuk membuat surfaktan baru yang tersedia dalam industri kosmetik dan deterjen. Perusahaan tersebut adalah Henkel KGaA, Dsseldorf, Germany, and Horizon, a division of A. E. Staley Manufacturing Company of Decatur, Illinois. Henkel KGaA, Dsseldorf, Perusahaan Henkel membangun Pilot Plant untuk mengahasilkan produk lakil Poliglikosida di Crosby, Texas. Pilot plant tersebut berkapasitas 5000 t p.a, pada tahun 1988/1989 dengan ujuan utama untuk menemukan parameter proses sehingga menghasilkan kualitas produk yang sesuai dengan kondisi produksi industri dan mempersiapkan pasar untuk kelas baru surfaktan (Hill et al, 1996).

2.2. Teknologi dan Produksi Alkil PoliglikosidaAlkil poliglikosida (APG) merupakan surfaktan nonionik ramah lingkungan yang terbuat dari material terbarukan dan bahan baku yang relatif murah. Proses pembuatan APG terdiri atas metode Fischer, metode Koenings-Korr, Lewis-acid, Schmdt, Sintesis dengan katalis enzimatis dan sintesis APG melalui proses alkilasi dengan katalis asam seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 Berbagai Proses Pembuatan APGGambar 2.3 Proses Produksi Alkil Poliglikosida (Hill et al,1996)Gambar 2.3 menunjukkan proses dalam pembuatan glikosida. Secara umum terdapat dua proses yaitu oligomerasi dan stereospesifik. Proses enzimatis dinilai dapat menggantikan reaksi kimia yang rumit. Penggunaan enzim dalam pembuatan glikosida belum cukup besar dan menyeluruh karena kurangnya penelitian. Selain itu, antisipasi harga produksi yang besar sintesis alkil poliglikosida secara enzimatis belum siap untuk meningkatkan level industri sehingga proses masih dititikberatkan secara kimia.2.2.1. Pembuatan Alkil Poliglikosida Secara KimiaPembuatan alkil poliglikosida secara kimia didasarkan pada penelitian Fischer karena beberapa keuntungan seperti yang dijelaskan sebelumnya. Pada dasarnya semua proses reaksi karbohidrat menjadi alkil poliglikosida oleh reaksi Fischer dibagi atas 2 proses yaitu proses langsung dan proses dua tahap. Metode satu tahap sederhana dibandingkan dengan dua tahap.a. Proses satu tahapPada tahap ini, karbohidrat direaksikan langsung dengan alkohol lemak untuk menghasilkan rantai panjang alkil poliglikosida. Karbohidrat dikeringkan terlebih dahulu sebelum digunakan dalam reaksi. Tahap pengeringan ini bertujuan unuk mengurangi reaksi samping yang disebabkan keberadaan air. Jenis karbohidrat yang digunakan dalam metode satu tahap ini yaitu dekstrosa. Produk Alkil Poliglikosida dihasilkan dari reaksi asetalisasi dan kemudian dilakukan tahapan lanjutan yaitu pemurnian.

Alkohol lemak (dodekanol), P-toluene sulfonate

Glukosa anhidrat/monohidrat (dekstrosa)

PemurnianAsetalisasi

H2O

Alkil Poliglikosida

Gambar 2.4 Blok Diagram Proses Reaksi Pembuatan APG Satu Tahap (Hill, et all, 1996)Tahap-tahap proses:1. Asetalisasi Asetalisasi adalah pembentukan gugus asetil dari dekstrosa yang direaksikan dengan alkohol lemak. Pada proses glikosidasi ini, dekstrosa bereaksi relatif cepat dan kesetimbangan oligomer tercapai. Dalam proses asetalisasi, suhu rendah mengakibatkan lambatnya pembentukan alkil poliglikosida tergantung panjang rantai alkohol. Suhu diatas 1000C menyebabkan perubahan warna pada karbohidrat. Hasil samping proses ini berupa air.2. PemurnianTahapan pemurnian ketiga teknologi pembuatan Alkil Poliglikosida secara umum sama yaitu terdiri dari netralisasi, destilasi dan pemucatan. a. Tahap netralisasi bertujuan untuk menjaga kestabilan asam dan basa sebelum proses destilasi. Dari proses netralisasi katalis dapat dideaktivasi kembali (Hill et al, 1996). Proses netralisasi dilakukan dengan menambahkan basa hingga mencapai pH 810. Basa yang digunakan untuk proses netralisasi meliputi alkali metal, almunium salt, selain itu dapat digunakan dari anion, dari basa organik maupun inorganik seperti sodium peroksida (NaOH), potasium hidroksida, kalsium hidroksida, almunium hidroksida dan sebagainya. (Wuest et al, 1992).b. Destilasi Tahapan distilasi bertujuan untuk menghilangkan alkohol lemak yang tidak ikut bereaksi. Proses distilasi ini memerlukan suhu tinggi dan tekanan rendah untuk memisahkan/menguapkan alkohol lemak yang tidak ikut bereaksi. Proses distilasi ini dapat dilakukan pada suhu sekitar 140-180 OC dengan tekanan vakum, tergantung alkohol lemak yang digunakan. Semakin panjang rantai alkohol lemak maka semakin tinggi suhu dan semakin rendah tekanan yang dibutuhkan (Hill et al,1996).c. PemucatanProses pemucatan merupakan tahapan akhir dari sintesis APG untuk menghasilkan APG dengan penampakan dan bau yang lebih baik. Proses pemucatanan dilakukan dengan menambahkan larutan H2O2 dengan penambahan air dan NaOH yang dilakukan pada suhu 80-90 OC selama 30-120 menit pada tekanan normal (Hill et al, 1996).b. Proses dua tahapPada proses dua tahap ini secara umum hampir sama dengan tahap satu. Pada dua tahap ini menggunakan bahan baku pati. Perbedaannya terletak pada proses awal yaitu butanolisis dan transasetalisasi.1. ButanolisisPada proses butanolisis juga terjadi pemisahan air dari hasil reaksi glukosa dan butanol dengan bantuan ion H+ dari katalis. Reaksi butanolisis dilakukan pada suhu diatas 125 OC dan dengan tekanan 4-10 bar. Butil glikosida terbentuk dari sakarida, butanol, asam dan dalam keadaan panas serta bertekanan, Jika bahan baku sakarida yang digunakan berasal dari pati, maka terlebih dahulu terjadi proses hidrolisis kemudian proses alkoholisis, selain terbentuknya butil glikosida atau butil oligosida juga terbentuk warna yang gelap akibat degradasi dari gula (Lueders, 1989).2. TransasetalisasiReaksi transasetalisasi (transglikosidasi) merupakan reaksi antara produk butyl glikosida hasil dari proses butanolisis dengan fatty alcohol / alkohol rantai panjang (C8-C22) dan ditambahkan katalis asamGugus hidrofobik pada APG diperoleh dari alkohol rantai panjang alkohol lemak. Alkohol lemak memiliki gugus hidroksil (OH) yang sifat kelarutannya sangat dipengaruhi oleh ikatan hidrogen yang berikatan dengan atom karbon. Dengan bertambah panjangnya rantai karbon, maka pengaruh gugus hidroksil yang bersifat polar menurun dan sifat non polar akan semakin tinggi. Alkohol lemak pada APG diperlukan untuk memperoleh gugus alkil rantai panjang sebagai bagian yang bersifat hidrofobik. Pemilihan alkohol lemak yang tepat juga akan berpengaruh pada suhu transasetalisasi berlangsung sebab semakin panjang rantai maka titik didihnya semakin tinggi. Selama proses transasetalisasi berlangsung, sisa butanol dan air yang dihasilkan pada proses butanolisis akan keluar melalui proses distilasi vakum.3. Tahap PemurnianTahap pemurnian pada proses dua tahap hampir sama dengan proses satu tahap yaitu terdiri dari netralisasi, destilasi, pelarutan dan pemucatan.

Alkohol lemak(dodekanol)

Katalis asam

. TransasetalisasiPati

Butanolisis

PemurnianAlkil Poliglikosida

Gambar 2.5 Blok Diagram Proses reaksi pembuatan APG Dua Tahap (Hill, et al, 1996)

2.2.2 Pembuatan Alkil Poliglikosida Secara BiologiBerbeda dengan proses kimia, pembuatan alkil poliglikosida secara biologi menggunakan proses enzimatis. Proses enzimatis yaitu penambahan enzim sebagai katalis didalam suatu proses. Reaksi proses enzimatis yaitu reaksi transglikolisasi dan reverse hydrolisis. Untuk mendapatkan alkil poliglikosida bahan baku di shaking selama 24 jam dengan suhu 40-800C (Jianguo, 2008).Enzim dan metanol

Pati

Pemurniantransglikolisasi

dodekanol

Alkil Poliglikosida

Gambar 2.6 Blok Diagram Proses reaksi pembuatan APG Enzimatis (Jianguo, 2008)a. Transglikolisasi, yaitu tahap pembentukan gugus glikol. Preparasi enzim dilakukan dengan menambahkan pelarut organik, sehingga campuran pelarut-enzim siap digunakan dalam proses. Dalam proses transglikolisasi dilalui dua tahap reaksi yaitu reaksi glikolisasi dan deglikolisasi (Mladenoska, 2012).-Glikolisasi, yaitu tahap pembentukan glikosil enzim. -Deglikolisasi, yaitu tahap pembentukan alkil poliglikosida. b. Tahap pemurnian Alkil Poliglikosida yaitu filtrasi dan pencucian dan pengeringan. Pada tahap filtrasi menggunakan tekanan vakum. Filtrat dicuci menggunakan kloroform dan dilakukan shaking. Setelah itu dipisahkan dikolom pemisahan, dan dikeringkan pada kondisi vakum sehingga terbentuk kristal alkil poliglikosida (Jianguo, 2008).