makalah bioseparasi

MAKALAH BIOSEPARASI

PEMBUATAN TEH RENDAH KAFEIN MELALUI PROSES EKSTRAKSI

DENGAN PELARUT ETIL ASETAT

Oleh :

KELOMPOK 10

1. CITTA DEVI GUNTARI 1006661222

2. IHSAN WIRATAMA

3. LAKSITA UTAMI

4. WIDYA ARDIANI

PROGRAM STUDI TEKNOLOGI BIOPROSES

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK 2012

Pembuatan The Rendah Kafein Melalui Proses Ekstraksi dengan Pelarut Etil

Asetat 2012

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Hampir setiap orang di dunia pasti pernah meminum teh. Minuman yang kaya akan

manfaat ini dibuat dengan cara menyeduh daun, pucuk daun, atau tangkai daun yang dikeringkan

dari tanaman Camellia sinensis dengan air panas. Teh merupakan sumber alami kafein, teofilin,

dan antioksidan dengan kadar lemak, karbohidrat atau protein yang mendekati nol persen.

Teh merupakan salah satu minuman terpopuler yang memiliki banyak manfaat bagi

kesehatan tubuh, diantaranya adalah sebagai antioksidan, memperbaiki sel sel yang rusak,

menghaluskan kulit, mencegah kanker, melangsingkan tubuh, mencegah penyakit jantung,

mengurangi kolesterol dalam darah, serta melancarkan sirkulasi dalam darah. Minuman teh

memiliki banyak manfaat dikarenakan zat zat yang terkandung di dalamnya sangat berguna

bagi kesehatan tubuh, diantaranya adalah polifenol, theofilin, flavonoid/metilxantin, tannin,

vitamin C dan E, catechin, serta sejumlah mineral seperti Zn, Se, Mo, Ge, dan Mg.

Namun ternyata teh mengandung zat yang bersifat kurang baik bagi tubuh, yaitu kafein.

Meskipun aman dikonsumsi, namun zat kafein dapat menimbulkan reaksi yang tidak

dikehendaki seperti insomnia, gelisah, delirium, takikardia, ekstrasistole, pernapasan meningkat,

tremor otot, dan diuresis.

Untuk mengurangi efek negatif kafein, metode umum yang telah diterapkan untuk

mengurangi kadar kafein yaitu ekstraksi dengan menggunakan solven dan ekstraksi dengan CO2.

Penelitian ini difokuskan pada pembuatan teh rendah kafein dengan proses ekstraksi

menggunakan pelarut etil asetat.

Secara spesifik penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh suhu dan waktu

operasi terhadap penurunan kadar kafein, memperoleh kondisi optimum pada produksi teh

rendah kafein, melakukan uji organoleptis untuk mengetahui aroma teh yang dihasilkan dan

menyusun persamaan model matematis ekstraksi kafein dari daun teh.

Percobaan dilakukan dengan run sebanyak 10 dengan variabel bebas suhu dan waktu.

Analisa kadar kafein dilakukan dengan High Performance Liquid Chromatography (HPLC).


Asetat 2012

2

Data yang diperoleh kemudian diolah dengan Response Surface Methodology untuk

mendapatkan persamaan model matematik dan kondisi operasi optimum.

1.2 Rumusan Masalah

Untuk membuat teh yang berkadar kafein rendah perlu dilakukan pengambilan kafein

dengan ekstraksi menggunakan pelarut etil asetat. Agar diperoleh hasil kadar kafein dalam teh

yang diinginkan, perlu dirancang suatu kondisi pemrosesan yang optimum seperti suhu dan

waktu. Selain itu juga perlu diketahui apakah proses pengurangan kadar kafein dalam teh ini

dapat mempengaruhi cita rasa dari teh itu sendiri. Diharapkan teh yang dihasilkan merupakan teh

yang memiliki kadar kafein serendah mungkin tanpa kehilangan rasa, aroma, serta khasiat asli

dari minuman teh.

1.3 Tujuan

Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan produk teh rendah kafein. Secara spesifik,

tujuan dari penelitian ini adalah :

1) Mengetahui dan mempelajari pengaruh suhu dan waktu terhadap penurunan kadar

kafein dalam teh.

2) Mengetahui serta mempelajari operasi optimum (suhu dan waktu) dan melakukan uji

coba organoleptis untuk mengetahui aroma dari produk teh rendah kafein.


Asetat 2012

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Teh

Teh (Camellia sinensis) merupakan tanaman asli Asia Tenggara dan kini telah ditanam di

lebih dari 30 negara. Dari 3.000 jenis yang ada, pada prinsipnya teh berasal dari satu jenis

tanaman dengan hasil perkawinan silangnya.

Teh merupakan salah satu minuman yang paling populer di dunia, dan posisinya berada

pada urutan kedua setelah air. Kepopulerannya tersebut dikarenakan teh mempunyai rasa dan

aroma yang aktraktif. Berdasarkan proses pengolahannya, teh diklasifikasikan ke dalam tiga

jenis yaitu teh fermentasi (teh hitam), teh semi fermentasi (teh oolong), dan teh tanpa fermentasi

(teh hijau) ( Rohdiana dkk., 2005).

Lebih dari tiga perempat teh dunia diolah menjadi teh hitam, salah satu jenis yang paling

digemari di Amerika, Eropa, dan Indonesia. Konsumsi teh di Indonesia sebesar 0,8 kilogram per

kapita per tahun masih jauh di bawah negara-negara lain di dunia, walaupun Indonesia

merupakan negara penghasil teh terbesar nomor lima di dunia. Cara pengolahannya, daun

dirajang dan dijemur dibawah panas matahari sehingga mengalami perubahan kimiawi sebelum

dikeringkan. Perlakuan tersebut akan menyebabkan warna daun menjadi coklat dan memberikan

cita rasa teh hitam yang khas. Teh hijau memiliki kandungan yang paling baik karena dalam

proses pembuatannya, teh jenis ini tidak dikeringkan dengan menggunakan sinar matahari tetapi

menggunakan teknik pengeringan secara khusus. Sedangkan teh jenis lainnya diproses dengan

cara fermentasi sehingga memiliki cita rasa dan karakteristik tersendiri. Meskipun demikian,

ketiga jenis teh tersebut memiliki khasiat dan potensi kesehatan yang sama.

Dengan perkembangannya ke berbagai belahan dunia, teh telah menjadi bagian yang

menyatu dengan tradisi setempat. Di Beijing, Cina, para peminum teh lebih menyukai bila

diaromai dengan wangi bunga melati yang kuat dengan cara membakar daun teh terlebih

dahulu dengan uap panas bunga melati segar. Lain halnya dengan di Mongolia dan Inggris,

peminum teh lebih menyukai teh yang dicampur dengan susu sewaktu sarapan pagi. Dan bagi

sebagian besar orang Indonesia, teh bukanlah minuman yang asing karena telah menjadi bagian

dari budayanya.


Asetat 2012

4

Teh dikelompokan berdasarkan cara pengolahan. Daun teh Camellia sinensis segera layu

dan mengalami oksidasi kalau tidak segera dikeringkan setelah dipetik. Proses pengeringan

membuat daun menjadi berwarna gelap, karena terjadi pemecahan klorofil dan terlepasnya unsur

tanin. Proses selanjutnya berupa pemanasan basah dengan uap panas agar kandungan air pada

daun menguap dan proses oksidasi bisa dihentikan pada tahap yang sudah ditentukan.

Pengolahan daun teh sering disebut sebagai "fermentasi" walaupun sebenarnya

penggunaan istilah ini tidak tepat. Pemrosesan teh tidak menggunakan ragi dan tidak ada etanol

yang dihasilkan seperti layaknya proses fermentasi yang sebenarnya. Pengolahan teh yang tidak

benar memang bisa menyebabkan teh ditumbuhi jamur yang mengakibatkan terjadinya proses

fermentasi. Teh yang sudah mengalami fermentasi dengan jamur harus dibuang, karena

mengandung unsur racun dan unsur bersifat karsinogenik.

Manfaat teh terhadap kesehatan antara lain menurunkan resiko terjadinya penyakit

radiovaskular, menurunkan berat badan dan mencegah osteoporosis. Namun teh mengandung

suatu senyawa yang tidak baik bagi tubuh jika dikonsumsi secar terus menerus dan terakumulasi

di dalam tubuh.

2.2 Kafein

Kafein merupakan senyawa kimia alkaloid terkandung secara alami pada lebih dari 60

jenis tanaman terutama teh (1- 4,8 %), kopi (1-1,5 %), dan biji kola(2,7-3,6 %). Kafein

diproduksi secara komersial dengan cara ekstraksi dari tanaman tertentu serta diproduksi secara

sintetis. Kebanyakan produksi kafein bertujuan untuk memenuhi kebutuhan industri minuman.

Kafein juga digunakan sebagai penguat rasa atau bumbu pada berbagai industri makanan

(Misra et al, 2008).

Kafein bekerja pada sistem syaraf pusat, otot termasuk otot jantung, dan ginjal. Pengaruh

pada sistem syaraf pusat terutama pada pusat-pusat yang lebih tinggi, yang menghasilkan

peningkatan aktivitas mental dan tetap terjaga atau bangun. Kafein meningkatkan kinerja dan

hasil kerja otot, merangsang pusat pernapasan, meningkatkan kecepatan dan kedalaman napas.

Daya kerja sebagai diuretika dari kafein, didapat dengan beberapa cara seperti meningkatkan

aliran darah dalam ginjal dan kecepatan filtrasi glomerulus, tapi terutama sebagai akibat

pengurangan reabsorpsi tubuler normal.


Asetat 2012

5

2.3 Metode Dekafeinasi

Dekafeinasi adalah suatu proses untuk mengurangi kadar kafein dalam kopi, coklat, teh,

serta bahan-bahan lainnya yang juga mengandung kafein. Untuk mengurangi kadar kafein dapat

dilakukan dengan dua cara, yaitu metode langsung (ekstraksi) dan proses CO2.

2.3.1 Metode Langsung (ekstraksi)

Metode ini sering digunakan untuk dekafeinasi biji kopi. Biji kopi di-steamterlebih

dahulu selama 30 menit kemudian diekstraksi selama 10 jam menggunakan solven. Setelah

dipisahkan dari solven, biji kopi di-steamkembali untuk menghilangkan sisa solven. Solven yang

dapat digunakan adalah benzena, diklorometana, trikloroetana, dan kloroform. Namun, karena

alasan keselamatan, dampak lingkungan, harga, dan rasa, maka solven tersebut dapat digantikan

dengan bahan yang lebih tidak berbahaya seperti etanol, etil asetat, dan trigliserida.

2.3.2 Proses CO2

Secara teknis, proses ini dikenal sebagai ekstraksi fluida superkritis. Ekstraksi dilakukan

menggunakan karbon dioksida superkritis pada tekanan 73 300 atm selama 10 jam. Setelah itu,

tekanan diturunkan untuk menguapkan CO2, atau CO2 superkritis tersebut dialirkan ke air atau

filter arang untuk menghilangkan kafein. Proses ini memiliki keunggulan yaitu dapat

menghindari penggunaan solven yang berbahaya.

2.4 Ekstraksi

2.4.1 Definisi Ekstraksi

Terdapat banyak cara yang dapat dilakukan dalam pemisahan bahan kimia, salah satu

dari cara tersebut adalah dengan menggunakan ekstraksi. Ekstraksi adalah proses pemisahan

suatu zat berdasarkan perbedaan kelarutan dari zat dalam dua pelarut yang tidak dapat

bercampur. Menurut Ketaren (1998), ekstraksi adalah suatu cara untuk mendapatkan zat dari

bahan yang diduga mengandung zat tersebut. Selain itu, menurut Xuejun Pan et. al. (2003),

ekstraksi adalah proses pemisahan yang melibatkan pemisahan suatu substansi dari sebuah

matriks. Matriks, dalam analisis kimia, adalah komponen dari sampel selain analit. Dari sini

dapat disimpulkan bahwa secara sederhana ekstraksi dapat didefinisikan sebagai proses

pemindahan satu atau lebih komponen dari satu fase ke fase lainnya


Asetat 2012

6

Dalam melakukan ekstraksi, terdapat beberapa cara, contohnya yakni ektraksi cair-cair

dan padat-cair. Keduanya memiliki metode yang cukup berbeda yang mana akan dibahas pada

makalah ini juga.

2.4.2 Prinsip Dasar Ekstraksi

Prinsip dasar ekstraksi ialah pemisahan suatu zat berdasarkan perbandingan distribusi zat

yang terlarut dalam dua pelarut yang tidak saling melarutkan. Perbandingan distribusi ini disebut

koefisien distribusi (K), yang memiliki hubungan:

Faktor-faktor utama yg perlu dpertimbangkan dalam ekstraksi, khususnya ekstraksi cair-

cair adalah:

A. Polaritas Senyawa dan Pelarut Organik.

Dalam ekstraksi cair-cair, umumnya digunakan pelarut organik polar dan

non polar, sesuai hukum like disolve like karena senyawa yang bersifat polar hanya akan

larut dalam pelarut yang juga bersifat polar serta demikian sebaliknya pada senyawa non

polar. Dengan adanya perbedaan polaritas dari pelarut yang digunakan, diharapkan terjadi

distribusi senyawa dari zat terlarut ke dalam masing-masing pelarut yang sesuai dengan

tingkat kepolarannya (terjadi pemisahan yg selektif)hingga mencapai kesetimbangan.

B. Volatilitas (tingkat penguapan) Senyawa

Faktor ini dapat digunakan apabila senyawa yang akan diekstraksi diketahui

dengan jelas. Faktor ini penting untuk menentukan pelarut dengan titik didih yang sesuai,

dan mengatur suhu ekstraksi seandainya dilakukan proses pemanasan atau pemekatan

sehingga dapat diantisipasi terjadinya penguapan berlebih atau rusaknya senyawa.

2.4.3 Faktor yang Mempengaruhi Ekstraksi

Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi ekstraksi, diantaranya (Kirk-Othmer,

1998):


Asetat 2012

7

i. Suhu

Kelarutan bahan yang diekstraksi dan difusivitas biasanya akan meningkat dengan

meningkatnya suhu, sehingga diperoleh laju ekstraksi yang tinggi. Suhu ekstraksi yang

tinggi menyebabkan peningkatan energi kinetik larutan sehingga efektifitas pelarut akibat

difusi pelarut ke dalam zat yang akan diekstraksi, akan semakin meningkat juga. Pada

beberapa kasus, batas atas untuk suhu operasi ditentukan oleh beberapa faktor, salah

satunya adalah perlunya menghindari reaksi samping yang tidak diinginkan.

ii. Ukuran partikel

Semakin kecil ukuran partikel, semakin besar luas bidang kontak antara padatan

dan solven, serta semakin pendek jalur difusinya, yang menjadikan laju transfer massa

semakin tinggi. Hal ini jelas akan memudahkan pelarut dalam melarutkan zat yang akan

diektraksi. Hubungan antara ukuran partikel dengan berat solute adalah dalam hubungan

yang mendekati linear. Namun apabila ukuran partikel semakin kecil, dalam beberapa

kasus justru akan mempersulit ekstraksi, oleh karena itu penting untuk diketahui ukuran

partikel optimum untuk ekstraksi suatu zat.

iii. Faktor solven

Kafein biasanya diisolasi dengan ekstraksi menggunakan solven organik, dan

kondisi ekstraksi (solven, suhu, waktu, pH, dan rasio komposisi solven dengan bahan)

dapat mempengaruhi efisiensi ekstraksi kafein (Perva U et al., 2006)

Solven harus memenuhi kriteria seperti daya larut terhadap solute cukup besar,

dapat diregenerasi, memiliki koefisien distribusi solute yang tinggi, dapat memuat solute

dalam jumlah yang besar, sama sekali tidak melarutkan diluen atau hanya sedikit

melarutkan diluen, memiliki kecocokan dengan solute yang akan diekstraksi, viskositas

rendah, antara solven dengan diluen harus mempunyai perbedaan densitas yang cukup

besar, memiliki tegangan antarmuka yang cukup, dapat mengurangi potensi terbentuknya

fase ketiga, tidak korosif, tidak mudah terbakar, tidak beracun, tidak berbahaya bagi

lingkungan, serta murah dan mudah didapat.


Asetat 2012

8

iv. Waktu

Semakin lama waktu yang dilakukan dalam ekstraksi, maka produk yang didapat

juga akan semakin banyak. Namun faktor waktu tidak terlalu mempengaruhi hasil

ekstraksi sebanyak faktor-faktor lainnya

2.4.4 Proses Pemisahan Secara Umum Menggunakan Ekstraksi

Secara garis besar, proses pemisahan secara ekstraksi terdiri dari tiga langkah dasar,

yaitu:

1. Penambahan sejumlah massa solven untuk dikontakkan dengan sampel, biasanya

melalui proses difusi.

2. Solute akan terpisah dari sampel dan larut oleh solven membentuk fase ekstrak.

3. Pemisahan fase ekstrak dengan sampel.

2.4.5 Jenis Ekstraksi

Berdasarkan fase yang terlibat, terdapat dua jenis ekstraksi, yaitu ekstraksi cair-cair dan

ekstraksi padat-cair.

i. Ekstraksi Cair-cair

Ekstraksi cair-cair , yang mana juga diketahui sebagai ekstraksi solven dan partitioning,

adalah metode untuk memisahkan campuran berdasarkan solubilitas relatif dalam dua larutan

yang tidak saling bercampur. Ekstraksi cair-cair merupakan jenis ekstraksi sebuah zat dari suatu

fasa cair ke fasa cair lainnya. Ekstraksi jenis ini adalah merupakan teknik dasar dalam

laboratorium kimia. Ekstraksi cair-cair melibatkan penggunaan pelarut cair untuk menghilangkan

sebuah komponen cair dari campuran cair. Komponen akan larut terutama dalam pelarut.

Aplikasi dari proses ini termasuk didalamnya penghilangan vitamin dari larutan dan senyawa

aromatik dari fraksi minyak mentah.

Dalam kasus paling sederhana terdapat tiga komponen yang harus terlibat:

1. Komponen transmisi (A)

2. Pelarut (B)

3. Cairan pembawa (C)


Asetat 2012

9

Gambar 1. Ekstraksi Cair-cair

Komponen transmisi A dan C dicampur dengan cairan pembawa C sebagai campuran

awal (feed). Jika campuran awal dan pelarut B dicampur bersama, komponen transisi dari

komponen A akan pindah ke pelarut B. Hal yang perlu diperhatikan dalam melakukan ekstraksi

ini adalah kelarutan dari komponen transisi A dalam pelarut B yang kan lebih tinggi

dibandingkan dengan cairan pembawa C. Dalam hal ini, maka cairan pembawa C seharusnya

tidak dapat larut di pelarut B. Hal ini menyebabkan dalam proses pemisahan sebenarnya,

terdapat hasil dalam dua fasa , yang satu berisikan A dan B dengan residu C (fasa ekstrak) dan

yang satu berisikan C dengan residu A dan B (fasa raffinate).

Ekstraksi cair-cair dapat dilakukan dalam sistem non-larutan. Dalam sebuah sistem yang

terdiri dari logam cair yang melekat dengan garam cair, logam dapat diekstraksi dari satu fasa ke

fasa lainnya. Contohnya adalah kation natrium yang dapat diekstraksi menjadi amalgam.

ii. Ekstraksi Padat Cair

Ekstraksi pada cair memungkinkan komponen dapat larut untuk dihilangkan dari padatan

menggunakan pelarut. Penggunaan dari unit operasi ini sangat luas. Sebuah contoh sehari-hari

adalah penyiapan kopi. Disini, air sebagai pelarut digunakan untuk menghilangkan rasa kopi

(komponen transisi) dari bubuk kopi (material ekstraksi, yang terbentuk dari fasa pembawa pada

dan komponen transisi). Secara ideal, ini akan memberikan hasil kopi yang dapat diminum

(pelarut dengan rasa yang terlarutkan), dengan serbuk kopi yang benar-benar telah habis rasa

kopinya (fasa pembawa padat) yang mana tetap berada pada filter kopi.


Asetat 2012

10

Gambar 2. Ekstraksi Padat-cair

Namun dalam kenyataannya fasa pembawa akan tetap mengandung beberapa komponen

transisi setelah ekstraksi selesai, dan sebagai tambahan, beberapa pelarut akan secara adsorbtif

terikat pada fasa pembawa padat.

Daun teh merupakan fase padat, sednagkan kafein merupakan fase cair sehingga

pemisahan kafein dari daun teh dapat menggunakan metode ekstraksi padat cair.

Kelebihan:

1. Tidak mempengaruhi aroma teh

2. Terdapat solven yang sangat cocok untuk mengekstrak kafein dari daun teh jika

menggunakan ekstraksi padat cair, yaitu etil asetat. Hal ini dikarenakan etil asetat

memiliki daya larut yang cukup besar terhadap solut, dan memiliki koefisien distribusi

solut yang tinggi.

Kelemahan:

Tidak dapat menggunakan suhu yang tinggi karena pada suhu tinggi, tidak hanya kafein

yang terekstrak, tetapi senyawa lain seperti polifenol ikut terekstrak sehingga porsi solven untuk

mengektak kafein menjadi berkurang

2.5 Pelarut Etil Asetat

Etil asetat adalah senyawa organik dengan rumus CH3CH2OC(O)CH3. Senyawa ini

merupakan ester dari etanol dan asam asetat. Senyawa ini berwujud cairan tak berwarna,

memiliki aroma khas. Senyawa ini sering disingkat EtOAc, dengan Et mewakili gugus etil dan

OAc mewakili asetat. Etil asetat diproduksi dalam skala besar sebagai pelarut.


Asetat 2012

11

Etil asetat adalah pelarut polar menengah yang volatil (mudah menguap), tidak beracun,

dan tidak higroskopis. Etil asetat merupakan penerima ikatan hidrogen yang lemah, dan bukan

suatu donor ikatan hidrogen karena tidak adanya proton yang bersifat asam (yaitu hidrogen yang

terikat pada atom elektronegatif seperti flor, oksigen, dan nitrogen. Etil asetat dapat melarutkan

air hingga 3%, dan larut dalam air hingga kelarutan 8% pada suhu kamar. Kelarutannya

meningkat pada suhu yang lebih tinggi. Namun demikian, senyawa ini tidak stabil dalam air

yang mengandung basa atau asam.

Etil asetat disintesis melalui reaksi esterifikasi Fischer dari asam asetat dan etanol dan

hasilnya beraroma jeruk (perisa sintesis), biasanya dalam sintesis disertai katalis asam seperti

asam sulfat.

CH3CH2OH + CH3COOH CH3COOCH2CH3 + H2O

Etil asetat dapat dihidrolisis pada keadaan asam atau basa menghasilkan asam asetat dan

etanol kembali. Katalis asam seperti asam sulfat dapat menghambat hidrolisis karena

berlangsungnya reaksi kebalikan hidrolisis yaitu esterifikasi Fischer.

Untuk memperoleh rasio hasil yang tinggi, biasanya digunakan basa kuat dengan proporsi

stoikiometris, misalnya natrium hidroksida. Reaksi ini menghasilkan etanol dan natrium asetat,

yang tidak dapat bereaksi lagi dengan etanol:

CH3CO2C2H5 + NaOH C2H5OH + CH3CO2Na

Dengan menggunakan pelarut ini, maka kafein dalam teh dapat dihilangkan dengan

proses separasi menggunakan teknik ekstraksi.

2.6 Perbandingan dengan Metode Pemisahan Lain

Metode lain yang umum digunakan untuk memisahkan suatu senyawa dari senyawa lainnya

adalah metode distilasi, berikut uraian tentang metode distilasi.


Asetat 2012

12

2.6.1 Metode Distilasi

Tujuan dari distilasi adalah memisahkan cairan yang lebih mudah menguap (volatil) dari

zat-zat yang sukar menguap (non volatil) atau yang lebih umum adalah untuk memisahkan dua

atau lebih cairan yang mempunyai titik didih berbeda dan dinyatakan sebagai distilasi

fraksionasi. Pendekatan teoritis mengenai distilasi fraksionasi memerlukan pengetahuan

mengenai hubungan antara titik didih atau tekanan uap campuran zat dan komposisinya. Dengan

mengetahui kurva distilasi dapat diperkirakan apakah pemisahan memungkinkan dan dapat

dilakukan dengan mudah atau sukar.

Jenis-jenis distilasi :

i. Distilasi sederhana (Non-Fraksionasi)

Distilasi ini digunakan bila sampel dikatakan hanya mengandung satu komponen

yang mudah menguap atau mempunyai perbedaan titik didih yang tinggi. Pemurnian

dengan distilasi sederhana dapat dilakukan dengan distilasi yang berulang-ulang

(redistilasi)

ii. Distilasi Vakum

Distilasi Vakum disebut juga distilasi dengan tekanan rendah. Untuk mencegah

penguraian senyawa-senyawa organik dianjurkan melakukan distilasi dengan metode ini.

Distilasi ini terutama digunakan untuk sampel-sampel dengan titik didih diatas 180oc.

Dengan bantuan aspirator air, tekanan dapat diturunkan sampai 12-15 mmHg. Sedangkan

dengan bantuan pompa vakum tekanan dapat diturunkan sampai 0.01 mmHg. Untuk

terakhir ini diperlukan cold trap untuk keamanan dan jangan sekali-kali melepaskan

keadaan vakum dengan melepaskan labu atau termometer.

Sampel dimasukkan ke dalam labu distilasi, selanjutnya masukkan batu didih agar

pendidihan berlangsung halus dan teratur. Pengontrolan suhu labu distilasi diperlukan

supaya pendidihan berlangsung dengan baik.

iii. Distilasi Fraksionasi


Asetat 2012

13

Distilasi fraksionasi diperlukan untuk pemisahan dua atau lebih komponen yang

mudah menguap atau yang mempunyai perbedaan titik didih yang rendah. Kolom

fraksionasi memungkinkan adanya kesetimbangan antara turunnya cairan yang

mengkondensasi dan naiknya uap, sehingga menghasilkan siklus penguapan kondensasi

dalam jumlah banyak.

Panjang dan jenis kolom fraksionasi yang diperlukan bergantung pada titik didih

komponen-komponen yang akan dipisahkan. Pemisahan yang sesuai untuk komponen-

komponen dengan perbedaan titik didih 15-20oc adalah dengan menggunakan vigorous.

Untuk komponen-komponen dengan titik didih yang lebih dekat diperlukan packed

column atau Spinning Band Column.

Kondisi kesetimbangan harus dijaga dalam kolom fraksionasi pada setiap saat

untuk memperoleh pemisahan yang baik. Istilah reflux digunakan untuk cairan yang

menguap dan kembali ke labu semula sebagai kondensat. Perbandingan distilat dengan

jumlah kondensat yang kembali ke labu distilasi (disebut refluks ratio) biasanya harus

lebih besar dari satu dan umumnya antara 5-10 untuk komponen yang relatif mudah

dipisahkan. Untuk menjaga refluks ratio dalam daerah ini diperlukan pengontrolan

pemanasan labu distilasi.

iv. Distilasi Uap

Distilasi ini digunakan untuk cairan-cairan yang sama sekali tidak mau bercampur

(immiscible) atau cairan yang bercampur (miscible) sangat terbatas. Campuran heterogen

dari dua cairan ini (A dan B) tidak mengikuti hokum Raoult, tetapi masing-masing

komponen mempunyai tekanan uap parsial (PO

B atau PO

A) yang sama dengan tekanan

uap zat murni pada suhu tertentu. Dengan kata lain, tekanan uap parsial masing-masing

komponen dalam campuran heterogen hanya bergantung pada suhu. Bila PO

B + PO

A sama

dengan tekanan atmosfer, campuran mendidih. Karena PO

B dan PO

A aditif, titik didih

campuran selalu dibawah titik didih dari komponen yang lebih mudah menguap. Titik

didih campuran dan komposisi distilat akan tetap konstan sampai salah satu komponen

hampir sempurna dikeluarkan. Oleh karena salah satu komponen air, distilasi uap pada


Asetat 2012

14

tekanan atmosfer akan menghasilkan pemisahan komponen-komponen dengan titik didih

yang cukup tinggi pada suhu di bawah 100oc.

Dari penjelasan diatas, proses pemisahan kafein dari daun teh tidak dapat menggunakan

metode destilasi dikarenakan metode destilasi digunakan untuk memisahkan dua atau lebih

cairan yang mempunyai titik didih berbeda. Dalam kasus ini, daun teh merupakan padatan dan

kafein merupakan suatu senyawa yang ada di dalam padatan tersebut (fasenya padat dan cair)

sehingga metode destilasi tidak dapat diaplikasikan.


Asetat 2012

15

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Metodologi Penelitian

Pada penelitian ini pembuatan teh rendah kafein melalui proses ekstraksi dengan pelarut

etil asetat dilakukan dalam beberapa tahap yaitu, tahap penyiapan bahan, ekstraksi dan analisa

kadar kafein.

3.2 Alat dan Bahan

Bahan yang digunakan dalam percobaan ekstraksi kafein pada daun teh ini adalah :

- Pucuk daun teh

- Sebagai pelarutnya digunakan etil asetat

Alat yang digunakan antara lain :

- Magnetic stirrer - Termometer

- Heater - Termokopel

- Labu leher tiga - Statif

- Pendingin balik - Klem

- Water bath

Semua alat tersebut dirangkai seperti yang terlihat pada gambar berikut :

Gambar 3 . Rangakaian Alat Ekstraksi


Asetat 2012

16

Keterangan gambar : (1) Pendingin balik, (2) Labu leher tiga, (3) Termometer, (4) Water

bath, (5) heater, (6) Termokopel, (7) Magnetik stirrer, (8) Termokontrol, (9) Statif, (10) Klem.

3.3 Variabel Percobaan

i. Variabel Tetap

Berikut adalah variabel variabel tetap yang digunakan dalam percobaan serta takaran

yang digunakan pada setiap variabelnya.

Berat sampel : 10 gram

Volume total : 500 ml

Ukuran sampel : 1,14 atm

Tekanan operasi : 1 atm

ii. Variabel Bebas

Sedangkan variabel bebas yang digunakan adalah suhu operasi dan waktu operasi. Setiap

variabel bebas tersebut mempunyai 3 level. Rancangan percobaan ini menggunakan metode

RSM (Response Surface Methodology). RSM merupakan metode gabungan antara teknik

matematika dan teknik statistik yang digunakan untuk membuat model dan menganalisa suatu

respon y yang dipengaruhi oleh beberapa variabel bebas/ faktor x guna mengoptimalkan respon

tersebut.

Hubungan antara respon y dan variabel x adalah :

Y = f(X1, X2,...., Xk) +

Tabel 2. Variabel bebas percobaan dengan metode RSM (Response Surface Methodology)

Variabel Harga Level

Bawah Tengah atas

Suhu (oC) 50 60 70

Waktu (menit) 80 120 160


Asetat 2012

17

Jumlah percobaan yang dilakukan adalah sebanyak 10 run.

Tabel 3. Run Percobaan dengan bantuan program 6 statistica

Run Suhu Waktu

1 50 80

2 50 160

3 70 80

4 70 160

5 74.1 120

6 60 120

7 60 63.4

8 60 176.6

9 60 120.0

10 60 120.0

Dengan respon pengamatan yang diukur adalah persentase penurunan kafein terhadap

variabel bebas (suhu dan waktu) yang ditentukan diatas.

3.4 Prosedur Penelitian

3.4.1 Penyiapan Bahan

Pada awal percobaan dilakukan pengeringan daun teh yang akan digunakan. Tujuan dari

pengeringan ini adalah untuk mengurangi kadar air dalam daun teh sekaligus untuk

mengawetkan. Selain pengeringan bahan, juga dilakukan penggilingan bahan dengan maksud

memperbesar bidang kontak dengan pelarut

3.4.2 Tahap Ekstraksi

Berikut ini adalah tahapan tahapan ekstraksi kafein dari daun the yang menggunakan

pelarut etil asetat sehingga diperoleh padatan teh yang telah mengalami dekafeinasi yang akan

digunakan untuk tahap analisis selanjutnya.


Asetat 2012

18

i. Sampel yang telah digiling ditimbang sebanyak 10 gram, kemudian diayak dengan

ayakan 1,14 mm. kemudian dimasukkan ke dalam labu leher tiga.

ii. Kedalam labu leher tiga tersebut kemudian ditambahkan etil asetat hingga mencapai

volume total 500 ml

iii. Ekstraksi dilakukan dengan mendidihkan larutan teh tersebut tersebut yang ditutup

dengan pendingin balik disertai pengadukan menggunakan magnetikc stirrer. Waktu yang

diperlukan telah diplot dalam bentuk tabel dalam 10 percobaan. Pada tahap ini akan

dihasilkan padatan teh hasil dekafeinasi.

iv. Hasil ekstraksi diletakan dalam labu ukur, disaring dan dipisahkan dengan ampasnya.

v. Setelah ekstraksi selesai, sampel diambil untuk kemudian dihilangkan sisa pelarutnya

dengan dikeringkan menggunakan oven 80oC

3.4.3 Analisa Kadar Kafein

Analisa kadar kafein sebelum dan setelah diekstraksi dengan menggunakan mesin High

Performance Liquid Chromatography (HPLC). Analisa kadar kafein dilakukan dengan

menggunakan HPLC Simadzu LC-6 dengan kolom Shim-pack CLC-C18. Kecepatan injeksi

sebesar 1 ml/menit dengan fase gerak menggunakan methanol dan air dengan perbandingan 1 :

1,5. Volume yang diinjeksikan sebesar 10 l. Panjang gelombang UV detector sebesar 254 nm.

Kandungan kafein dalam sampel diperoleh dengan membandingkan antara konsentrasi

sampel terhadap luas area sampel dengan konsentrasi standar kafein terhadap luas area standar.

Harga penurunan kadar kafein diperoleh dengan mengurangi kadar kafein mula mula dengan

kadar kafein yang masih terkandung dalam sampel.

3.5 Analisa Data

Hasil yang diperoleh dan faktor faktor yang berpengaruh dioptimasi serta dibuat model

matematika dengan menggunakan Central Composite Design pada metode RSM (Response

Surface Methodology) yang dibantu dengan program komputer STATISTICA versi 6. Metode

RSM adalah teknik statistika yang meliputi :

i. Perancangan percobaan yang menyediakan perhitungan yang akurang

ii. Pembuatan model matematika


Asetat 2012

19

iii. Penentuan nilai optimum dan nilai variabel bebas

RSM merupakan metode gabungan antara teknik matematika dan teknik statistik yang

digunakan untuk membuat model dan menganalisa suatu respon y yang dipengaruhi oleh

beberapa variabel bebas/ faktor x guna mengoptimalkan respon tersebut. Model persamaan diuji

dengan analisa ANOVA denga derajat kepercayaan 99%. Keluaran RSM memberikan kondisi

operasi optimum dan variabel yang paling berpengaruh.

Kurva tiga dimensi ( Three dimensional response surface and contour plot) digunakan

untuk menguji kebenaran pengaruh variabel percobaan pada hasil yang diperoleh. Respon yang

diamati adalah presentase penurunan kadar kafein. Kadar kafein dianalisa dengan menggunakan

HPLC ( High Performance Liquid Chromatography ). Data data yang diperoleh selanjutnya

diolah dengan program perangkat lunak statistica 6.

3.6 Hasil dan Pembahasan

Analisa HPLC senyawa kafein memiliki waktu retensi sebesar 3,373 menit sebagaimana

ditunjukkan oleh kurva standar kafein pada gambar. Senyawa kafein dalam sampel dapat

diketahui dari waktu retensinya. Waktu retensi yang berkisar diantara waktu retensi standar

kafein dinyatakan sebagai senyawa kafein. Hasil analisa kafein dengan menggunakan HPLC

sebagai berikut :

Gambar 4. Kurva standar kafein Gambar 5. Analisa kafein untuk teh sebelum

diektraksi


Asetat 2012

20

Pada gambar diperoleh waktu retensi sebesar 3,133 menit yang menunjukkan kadar

senyawa kafein. Hasil percobaan menunjukkan kadar kafein dalam teh sebelum diektraksi

sebesar 27,336 mg/g (2,7336%).

3.6.1 Pengaruh Suhu dan Waktu Optimum Terhadap Penurunan Kadar Kafein

Leaching atau ekstraksi padat cair adalah proses perpindahan solute dari padatan ke

pelarut karena adanaya driving force berupa perbedaan konsentrasi solute dan kelarutan solute

antara padatan dengan pelarut (Brown, 1950). Interakasi diantara zat terlarut dari suatu padatan

ini sangat berpengaruh pada proses ekstraksi. Pada proses ini, kafein yang terperangkap dalam

padatan daun teh bergerak melalui pori pori padatan karena proses fisika maupun kimia yakni

dalam mekanisme pelarutan desorpsi. Beberapa faktor yang berpengaruh pada keberhasilan

dalam ekstraksi padat cair diantaranya adalah persiapan bahan padatan, suhu operasi, metode,

dan tahap operasi, perbandingan fed terhadap solven, dan jenis solven.

Dari tabel diperoleh bahwa pada suhu 60oC terdapat penurunan kadar kafein yang paling

besar yaitu 40,098%. Hal ini disebabkan semakin tinggi suhu maka kerapatan massa baik etil

asetat sebagai solven maupun padatan daun the semakin renggang sehingga memiliki ruang

kosong antar molekul yang lebih besar. Untuk solven etil asetat yang bersifat cair, semakin tinggi

suhu akan menurunkan viskositasnya sehingga difusivitas akan naik (Foust, 1959)

Sedangkan untuk padatan daun the, semakin tinggi suhu akan memperlebar jarak antar

molekul dalam padatan. Dengan semakin tingginya difusivitas etil asetat dan renggannya

molekul dalam padatan daun teh maka etil asetat akan lebih mudah untuk menembus padatan

daun the sehingga kafein yang terdapat dalam padatan terekstrak (Foust, 1959).

Akan tetapi setelah melewati suhu 60oC jumlah kafein yang terekstrak semakin menurun.

Pada suhu tinggi (70 dan 74,1oC ) warna teh berubah menjadi sedikit keputih putihan. Hal ini

dimungkinkan karena pada suhu yang tinggi tersebut sejumlah pelarut yang tadinya hanya

mengekstrak senyawa kafein juga ikut mengekstrak senyawa lain selain kafein. Salah satu

senyawa yang mungkin ikut terekstrak oleh solven adalah polifenol, oleh karena itu porsi pelarut

untuk mengekstrak kafein menjadi berkurang dan menyebabkan penurunan kafein yang

terkestrak.


Asetat 2012

21

Pengaruh waktu tidak terlalu signifikan terhadap proses ekstraksi. Secara umum semakin

lama waktu ekstraksi, maka kafein yang terekstrak semakin banyak. Tetapi, pada rentang waktu

63.5 176.6 menit tidak menunjukkan pola kenaikan kadar kafein yang terekstrak secara

signifikan. Namun demikian, jika dilihat dari data hasil percobaan maka waktu yang terbaik

adalah 120 menit dan setelah waktu tersebut kafein yang terekstrak menurun.

Untuk mengetahui suhu dan waktu operasi yang optimum pada pembuatan teh rendah

kafein perlu digunakan Response Surface Methodology

3.6.2 Optimasi Waktu dan Suhu dengan Response Surfacae Methodology

Data suhu, waktu dan penurunan kadar kafein yang diperoleh diolah dengan RSM untuk

mendapatkan harga estimasi efek utama dan interaksi serta persamaan model matematik.

Selanjutnya dilakukan uji model persamaan matematik dan membandingkan hasil percobaan

dengan prediksi menggunakan persamaan model matematik serta penentuan kondisi optimum.

Harga efek estimasi utama, interaksi dan koefisien regresi dilihat pada tabel berikut :

Tabel.4 Harga estimasi efek utama, interaksi dan koefisien regresi

No. Faktor Efek estimasi Koefisien Regresi

1. Rata rata 39.6086 39.6086

2. Suhu (linear) -0.5638 -0.2819

3. Suhu (kuadrat) -28.3685 -14.1842

4. Waktu (linear) -5.1179 -2.5589

5. Waktu (kuadrat) -6.6646 -3.3323

6. 1L by 2L 14.1804 7.0902

Harga estimasi efek pada tabel diatas menunjukkan besarnya pengaruh masing masing

variabel terhadap penurunan kadar kafein. Semakin besar harga efek estimasi suatu variabel

menunjukkan semakin besar pengaruh variabel tersebut terhadap penurunan kadar kafein.

Variabel linear suhu, variabel linear waktu, kuadrat suhu dan kuadrat waktu memberikan efek

negatif terhadap penurunan kadar kafein. Sedangkan variabel interaksi antara suhu linear dan


Asetat 2012

22

waktu linear memberikan efek positif terhadap penurunan kadar kafein. Dengan demikian

variabel linear suhu, kuadrat suhu, linear waktu dan kuadrat waktu akan memberikan pengaruh

terhadap berkurangnya jumlah kafein yang terekstrak pada hasil prediksi. Sedangkan variabel

interaksi akan memberikan pengaruh terhadap bertambahnya jumlah kafein yang terhadap

bertambahnya jumlah kafein yang terkestrak pada hasil prediksi.

Persamaan model matematika yang menghubungkan antara penurunan kadar kafein

dengan variabel suhu dan variabel waktu adalah sebagai berikut :

Selanjutnya persamaan tersebut digunakan untuk memprediksi penurunan kadar kafein

dengan suhu dan waktu tertentu. Perbandingan antara hasil percobaan dengan hasil prediksi

ditampilkan dalam tabel berikut :

Run X1 X2 Yo Yp Residual

1 50.0 80.0 30.401 32.0231 -1.6221

2 50.0 160.0 14.563 12.7249 1.8381

3 70.0 80.0 15.921 17.2789 -1.3579

4 70.0 160.0 28.444 26.3415 2.1025

5 45.8 120.0 11.586 11.40788 0.178123

6 74.1 120.0 10.414 11.01151 -0.59751

7 60.0 63.4 38.769 36.55743 2.211571

8 60.0 176.6 26.638 29.31574 -2.67774

9 60.0 120.0 40.098 39.6086 0.4894

10 60.0 120.0 39.119 39.6086 -0.4896

X1 = Variabel suhu (oC)

X2 = Variabel waktu (menit)

Yo = penurunan kadar kafein hasil percobaan (%)

Yp = penurunan kadar kafein hasil prediksi (%)


Asetat 2012

23

Grafik yang menyatakan perbandingan harga yang teramati dengan harga prediksi dapat

dilihat dalam gambar berikut :

Gambar 6. Perbandingan hasil prediksi dengan hasil percobaan penurunan kadar kafein

Simbol lingkaran pada gambar diatas menunjukkan harga persentase penurunan kadar

kafein didasarkan pada hasil yang teramati pada percobaan. Sedangkan garis merah

menunjukkan harga persentase penurunan kadar kafein hasil prediksi dari persamaan model

matematik yang didapat dari metode RSM.

Untuk mengukur pengaruh variabel suhu, waktu serta variabel interaksi dapat dilihat

dalam grafik berikut yang menggambarkan hubungan antara efek estimasi dengan variabel.

Gambar 7. Grafik efek estimasi dari penurunan kadar kafein


Asetat 2012

24

Harga efek dari variabel yang melewati garis p = 0.05 merupakan variabel yang paling

berpengaruh yaitu suhu (Q), interaksi, waktu (L) dan waktu (Q). harga efek dari variabel yang

tidak melewati garis p = 0.05 bukan merupakan variabel yang berpengaruh sehingga bisa

diabaikan yaitu suhu (L).

Kemudian gambar berikut menunjukkan kurva 3 dimensi yang merupakan grafik

hubungan suhu dan waktu terhadap penurunan kadar kafein. Grafik tersebut berbentuk

saddle/hyperbolic paraboloid dan mempunyai titik optimum di saddle point.

Gambar grafik 8. dimensi suhu dan waktu operasi vs penurunan kadar kafein

Gambar grafik 9. kontur permukaan suhu dan waktu operasi vs penurunan kadar kafein.


Asetat 2012

25

Dari gambar diatas diketahui bahwa hasil optimum penurunan kadar kafein sebesar

40.3% atau kafein yang dapat termabil sebesar 11.016 mg/g diperoleh pada suhu 58.5oC dan

waktu 98.5 menit. Kedua gambar tersebut memperlihatkan hubungan optimum antara suhu dan

waktu terhadap penurunan kadar kafein.

1.1 Uji Organoleptik Terhadap Aroma Teh

Uji organoleptic adalah cara menilai mutu suatu produk dengan menggunakan kepekaan

alat indra manusia seperti penglihatan dengan mata, penciuman dengan hidung dan pencicipan

dengan lidah.

Aroma atau bau suatu makanan menentukan kelezatan makanan tersebut. Aroma dan rasa

khas pada the disebabkan karena adanya oksidasi senyawa polifenol pada proses pemanggangan.

Polifenol sangat menentukan mutu the. Senyawa polifenol akan berubah menjadi senyawa yang

menghasilkan warna, rasa dan aroma yang dikehendaki. Hasil utama oksidasi polifenol akan

memberikan warna yang khas pada seduhan the. Polifenol akan teroksidasi menjadi tehaflavin

dan tearubigin. Hasil oksidasi ini mempengaruhi karakteristik seduhan the meliputi rasa dan

aroma.

Dalam jurnal penelitian ini, uji organoleptic terhadap produk teh rendah kafein

melibatkan 10 responden. Uji organoleptic dilakukan dengan membandingkan aroma the

sebelum diektraksi dengan the hasil ekstraksi. Adapun hasil ujinya adalah sebagai berikut :

Dengan kriteria aroma :

1= kurang

2= cukup

3= baik

Berdasarkan hasil uji organoleptic, dapat disimpulkan bahwa teh hasil ekstraksi

mempunyai aroma yang cukup. Hal ini menunjukkan bahwa pembuatan the rendah kafein

dengan proses ekstraksi menggunakan pelarut etil asetat tidak begitu mempengaruhi cita rasa teh

itu sendiri


Asetat 2012

26

BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Pembuatan teh rendah kafein dilakukan dengan proses ekstraksi menggunakan etil asetat.

Analisa HPLC pada produk teh rendah kafein menunjukkan percobaan tersebut berhasil

menurunkan kadar kafein dalam teh sebesar 10.414 40.098% dan menghasilkan the dengan

kadar kafein 1,637 2,449%. Hasil percobaan menunjukkan semakin tinggi suhu dan waktu

operasi akan meningkatkan jumlah kafein yang terekstrak. Namun variabel suhu memberikan

pengaruh yang lebih signifikan daripada variabel waktu. Optimasi dengan Response Surface

Methodology (RSM) menghasilkan data kondisi optimum untuk percobaan ini yaitu suhu operasi

58.5oC dan waktu operasi 98,5 menit dengan penurunan kadar kafein sebesar 40.3%. hasil uji

organoleptis memperlihatkan bahwa proses ekstraksi menggunakan pelarut etil asetat tidak

begitu mempengaruhi cita rasa dari the rendah kafein yang dihasilkan.


Asetat 2012

27

DAFTAR ISI

Masjid, Thariq Nugraha. Nurkholis. Production of Low Caffeine Content Tea Using Extraction

with Ethyl Acetate as Solvent. Fakultas Tenik, Universitas Diponegoro.

Misra H, D. Mehta, B. K. Mehta, M. Soni, D.C. Jain. 2008. Study of Extraction and HPTLC

Method for Estimation of Caffein in Marketed Tea (Camellia sinensis) Granules.

International Journal of Green Pharmacy : 47 51

Perva-Uzunalic, A., Skerget, Z. Knez, B. Weinreich, F. Otto, and S. Gruner 2006. Extraction of

active ingredients from green tea (Camellia sinensis) : Extraction efficiency of major

catechins and caffeine. Foof Chem. 96 : 597-605

makalah bioseparasi

Documents