peningkatan produktifitas ekstraksi minyak nilam

5
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015 KE-51 PENINGKATAN PRODUKTIFITAS EKSTRAKSI MINYAK NILAM DENGAN MICROWAVE HYDRO DISTILLATOR Nurkholis Hamidi, Mega Nur Sasongko dan Widya Wijayanti Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Brawijaya Jl. MT Haryono 167, Malang, Jawa Timur, Indonesia Email: [email protected] Abstrak Minyak atsiri merupakan salah satu komoditas penting bagi Indonesia. Namun demikian masih banyak kendala yang dihadapi produsen minyak atsiri di Indonesia terkait dengan keefektifan proses ekstraksi. Dalam penelitian ini dilakukan studi tentang potensi gelombang mikro (microwave) untuk proses ekstraksi minyak nilam. Ekstaksi dilakukan dengan menggunakan microwave oven yang telah dimodifkasi sebagai microwave hydro distillator. Bahan dasar yang digunakan adalah daun nilam kering dengan massa 100 gram per sample dengan pelarut berupa air suling. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan daya microwave pada 420 Watt, 560 Watt, dan 700 Watt. Hasil penelitian menunjukkan microwave hydro distillatory mampu mengurangi waktu ekstraksi dan juga meningnkatkan rendemen minyak nilam bila dibandingkan dengan distilator konvensional. Selain itu, microwave hydrodistillator mampu juga mengurangi konsumsi energi. Kata kunci : minyak nilam, microwave hydro distillator, ekstraksi Pendahuluan Minyak atsiri yang disebut juga minyak esteris merupakan komoditas penting yang banyak dibutuhkan oleh berbagai industri seperti industri kosmetik, farmasi dan industri lainnya. Menurut laporan Marlet Study Essential Oils and Oleoresin (ITC), produksi minyak atsiri dunia mencapai 500-550 ton per tahun. Indonesia merupakan negara produsen minyak atsiri terbesar di dunia dengan hasil produksi sekitar 450 ton per tahunnya. Minyak atsiri umumnya diproduksi melalui proses ekstraksi berbagai jenis tanaman seperti serai wangi, minyak daun cengkih, mawar, kamboja, kenanga dan juga nilam. Di antara berbagai jenis minyak atsiri tersebut, minyak nilamlah (patchouli oil) yang jadi primadona di Indonesia. Tanaman nilam (Pogostemon Cablin Benth) sudah lama dikenal dan dikembangkan oleh masyarakat Indonesia untuk dijadikan sebagai bahan dasar minyak nilam. Usaha distilasi (ekstraksi) minyak nilam juga banyak dilakukan masyarakat Indonesia baik dalam sekala kecil maupun menengah. Namun demikian masyarakat produsen minyak nilam di Indonesia masih banyak menemui kendala terkait rendemen, lama proses ekstaksi dan mutu hasil ekstraksi minyak nilam yang masih rendah. Rata-rata rendemen yang dihasilkan dari ekstraksi minyak nilam sekitar 1-2% dengan waktu ekstraksi yang sangat panjang sekitar 7-10 jam [1,2]. Penggunaan teknologi ekstraksi yang konvensional merupakan salah satu penyebab rendahnya hasil rendemen di industri-industri tersebut. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi rendemen minyak nilam antara lain: jenis tanaman, umur tanaman, waktu panen, perubahan bentuk daun, perlakuan pendahuluan sebelum ekstraksi, dan teknik ekstraksi, tekanan dalam drum ekstraksi dan besarnya energi untuk perebusan [3]. Oleh karena itu teknologi ekstraksi (distilasi) minyak atsiri sangatlah penting untuk dikaji dan dikembangkan untuk mendapatkan proses yang efisien dengan produk berkualitas tinggi. Selama ini distilasi minyak nilam dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu dengan air (hydro distillation), penyulingan dengan air

Upload: vuhuong

Post on 18-Jan-2017

240 views

Category:

Documents


5 download

TRANSCRIPT

Page 1: PENINGKATAN PRODUKTIFITAS EKSTRAKSI MINYAK NILAM

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-51

PENINGKATAN PRODUKTIFITAS EKSTRAKSI MINYAK NILAMDENGAN MICROWAVE HYDRO DISTILLATOR

Nurkholis Hamidi, Mega Nur Sasongko dan Widya WijayantiJurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Brawijaya

Jl. MT Haryono 167, Malang, Jawa Timur, Indonesia

Email: [email protected]

AbstrakMinyak atsiri merupakan salah satu komoditas penting bagi Indonesia. Namun demikian masihbanyak kendala yang dihadapi produsen minyak atsiri di Indonesia terkait dengan keefektifanproses ekstraksi. Dalam penelitian ini dilakukan studi tentang potensi gelombang mikro(microwave) untuk proses ekstraksi minyak nilam. Ekstaksi dilakukan dengan menggunakanmicrowave oven yang telah dimodifkasi sebagai microwave hydro distillator. Bahan dasar yangdigunakan adalah daun nilam kering dengan massa 100 gram per sample dengan pelarut berupa airsuling. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan daya microwave pada 420 Watt, 560 Watt, dan700 Watt. Hasil penelitian menunjukkan microwave hydro distillatory mampu mengurangi waktuekstraksi dan juga meningnkatkan rendemen minyak nilam bila dibandingkan dengan distilatorkonvensional. Selain itu, microwave hydrodistillator mampu juga mengurangi konsumsi energi.

Kata kunci : minyak nilam, microwave hydro distillator, ekstraksi

Pendahuluan

Minyak atsiri yang disebut juga minyakesteris merupakan komoditas penting yangbanyak dibutuhkan oleh berbagai industriseperti industri kosmetik, farmasi dan industrilainnya. Menurut laporan Marlet StudyEssential Oils and Oleoresin (ITC), produksiminyak atsiri dunia mencapai 500-550 ton pertahun. Indonesia merupakan negara produsenminyak atsiri terbesar di dunia dengan hasilproduksi sekitar 450 ton per tahunnya.Minyak atsiri umumnya diproduksi melaluiproses ekstraksi berbagai jenis tanamanseperti serai wangi, minyak daun cengkih,mawar, kamboja, kenanga dan juga nilam. Diantara berbagai jenis minyak atsiri tersebut,minyak nilamlah (patchouli oil) yang jadiprimadona di Indonesia.

Tanaman nilam (Pogostemon CablinBenth) sudah lama dikenal dan dikembangkanoleh masyarakat Indonesia untuk dijadikansebagai bahan dasar minyak nilam. Usahadistilasi (ekstraksi) minyak nilam juga banyakdilakukan masyarakat Indonesia baik dalamsekala kecil maupun menengah. Namun

demikian masyarakat produsen minyak nilamdi Indonesia masih banyak menemui kendalaterkait rendemen, lama proses ekstaksi danmutu hasil ekstraksi minyak nilam yangmasih rendah. Rata-rata rendemen yangdihasilkan dari ekstraksi minyak nilam sekitar1-2% dengan waktu ekstraksi yang sangatpanjang sekitar 7-10 jam [1,2]. Penggunaanteknologi ekstraksi yang konvensionalmerupakan salah satu penyebab rendahnyahasil rendemen di industri-industri tersebut.Ada beberapa faktor yang mempengaruhirendemen minyak nilam antara lain: jenistanaman, umur tanaman, waktu panen,perubahan bentuk daun, perlakuanpendahuluan sebelum ekstraksi, dan teknikekstraksi, tekanan dalam drum ekstraksi danbesarnya energi untuk perebusan [3]. Olehkarena itu teknologi ekstraksi (distilasi)minyak atsiri sangatlah penting untuk dikajidan dikembangkan untuk mendapatkan prosesyang efisien dengan produk berkualitas tinggi.

Selama ini distilasi minyak nilam dapatdilakukan dengan tiga cara, yaitu dengan air(hydro distillation), penyulingan dengan air

Page 2: PENINGKATAN PRODUKTIFITAS EKSTRAKSI MINYAK NILAM

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-51

dan uap (steam-hydro distillation), danpenyulingan dengan uap (steam distillation)[4]. Dari ketiga metode distilasi tersebut,metode distilasi uap-air (steam-hydrodistillation) dapat menghasilkan rendemenminyak nilam yang lebih bagus [5]. Namundengan menggunakan metode tersebutdibutuhkan waktu yang lama untukmendapatkan minyak nilam yang bagus.Usaha untuk meningkatkan produktivitasdistilasi minyak atsiri juga dilakukan olehTuti T, dkk, [2]. Hasil penelitiannyamenunjukkan bahwa peningkatan tekananpada sistem steam distillation dapatmeningkatkan hasil rendemen minyak akarwangi. Namun demikian, lama distilasi masihsekitar 9 jam dengan rendemen yang tidakbisa lebih dari 3,2%. Selain itu peningkatantekanan penguapan tentunya akanmengakibatkan peningkatan temperaturpenguapan pula yang dapat mempengaruhikualitas minyak terutama dari segi aroma.

Salah satu usaha lain yang berpotensiuntuk meningkatkan rendemen danmengurangi lama proses ekstraksi adalahpemanfaatan gelombang mikro (microwave)dalam proses ekstraksi minyak atsiri. Metodepemanasan dengan gelombang mikro berdedadengan pemanasan konduksi atau konvesi.Pemanasan menggunakan microwavemerupakan pemanasan dengan radiasi yangmempunyai beberapa keuntungan, sepertitanpa pemanasan dengan bersentuhan(mengurangi panas berlebihan padapermukaan material), mengurangi gradientermal, pemanasan dimulai dengan cepat danefek pemanasan berhenti dengan cepat, panasdimulai dari dalam material, perpindahanenergi berdasarkan perpindahan panas secararadiasi. Gelombang mikro hanya diserapbahan dielektrik (seperti air dan minyak) dankemudian dirubah menjadi energi panas [6].Microwave juga dapat memberi pumpingeffect pada fluida yang terpaparnya [7],sehingga memudahkan fluida (minyak)terdesak untuk keluar dari dalam sel. Dalampenelitiannya, Tsuruta, dkk, 2009,melaporkan bahwa efek microwave mampumengeringkan beberapa bahan makanandengan cepat dibandigkan denganpengeringan dengan udara panas. Dengan

beberapa poin penting tersebut, gelombangmikro memiliki potensi untuk diterapkan padaproses ekstraksi minyak atsiri.

Beberapa peniliti telah berusahamengaplikasikan microwave (gelombangmikro) pada proses ekstraksi minyak atsiridengan cara mengkombinasikannya denganmetode yang telah ada [8,9]. Hasil penelitianmenunjukkan adanya peningkatan hasilrendemen minyak cengkeh dan pectin jerukketika microwave dipancarkan pada steamdistillation dan steam-hydro distillation [8,9].Namun demikian penelitian hanyamenggunakan metode kombinasi pada dayapancar tertentu serta tidak ada analisakebutuhan energi untuk proses distilasitersebut sehingga belum diketahui keefektifanproses tersebut. Oleh karena itu dalampenelitian ini dilakukan kajian yang lebihmendalam terhadap pengaruh beberapaparameter (seperti daya radiasi, temperaturdistilasi, dll) terhadap unjuk kerja microwavedistillation agar didapat proses yang palingoptimum. Selain itu, perlu juga dilakukananalisa kebutuhan energinya agar dapatmengetahui keefektifan dari sisi ekonominya..

Metode Penelitian

Gambar 1 menunjukkan instalasipenelitian. Microwave distilator dibuatdengan memodifikasi sebuah microwave oven

6vapor

700W

1

3

4

7

5

2

1. Microwave oven2. Glass chamber3. Distilled water4. Patchouli leaves

5. Pt 1006. Condenser7. Data logger

Gb.1 Instalasi Penelitian MicrowaveDistillation

Page 3: PENINGKATAN PRODUKTIFITAS EKSTRAKSI MINYAK NILAM

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-51

rumah tangga. Sebuah bejana kaca diletakkandi dalam microwave oven sebagai distillatorychamber tempat campuran daun nilam dan airsuling sebagai pelarut. Setiap kali pengujian,massa daun nilam yang digunakan adalah100g dengan pelarut air sebanyak 1,5 liter.

Distilasi daun nilam dilaksanakan dengandaya microwave yang di set pada 420 dan 700Watt. Selama proses distilasi, temperaturbejana diukur dengan Pt resistance yangterhubung dengan data logger dan komputer.Hasil distilasi yang berupa minyak nilamkemudian dipisahkan dari air dan kemudiandilkukan beberapa pengujian terhadaprendemen dan konsumsi energi yangkemudian dibandingkan dengan metodekonvensional.

Proses distilasi minyak nilam konvensionaldilakukan dengan metode hydro distillation.Langkah-langkah pengambilan data secaraumum dilakukan sama dengan metodemicrowave distillation, akan tetapi, sebagaisumber panas digunakan sebuah komporberbahan bakar LPG. Konsumsi LPG diukurselama proses untuk perhitungan jumlahenergi yang terpakai.

Hasil dan Pembahasan

Gambar 2 menunjukkan profil temperaturselama proses distilasi baik dengan metodemicrowave maupun dengan konvensional.Pemanasan sensibel terjadi hingga temperaturpenguapan yakni sekitar 99oC. Setelah

mencapai suhu penguapan tersebut makaproses ekstraksi minyak nilam dimulai. Hasilpengukuran menunjukkan bahwa penggunaanmicrowave dengan daya 700 W memilikikecepatan pemanasan yang paling tinggiuntuk mecapai suhu ekstraksi dibandingkandengan konvensional maupun pada daya yanglebih rendah 420 W. Hal ini terjadi karenadaya yang cukup serta proses pemanasanyang efektif dan efisien dari microwave 700W. Kefektifan pemanasan microwave ini bisadilihat dari hasil konsumsi energi di Tabel-2.

Hasil ekstraksi minyak nilam diukursepanjang proses ekstraksi. Hasil pengukurandari ekstraksi minyak nilam diplot pada Gb.3.Hasil penelitian menunjukkan bahwa metodemicrowave distillation memiliki kemampuanmeng-ekstraksi minyak nilam lebih cepatdibanding metode konvensional. Dari diagramtersebut nampak bahwa metode microwavememiliki gradien hasil yang lebih curamdisbanding konvensional yangmengindikasikan produksi minyak yang lebihcepat.

Gb.3 Volume hasil ekstraksi minyaknilam (ml)

0

1

2

3

4

5

0 100 200 300 400 500

MAHD 420

MAHD 700

HD

extra

ctio

n oi

l (m

l)

Time (min)

Tabel-1 Rendemen maksimum minyaknilam (%) dari 100 g daun.

No Metode RendemenMaksimum

(% massa daunnilam)

1 Konvensional 2,9

2 Microwave 420W 2,4

3 Microwave 700W 3,9

80

85

90

95

100

105

40 81 122 163

Microwave 420 W

Microwave 700 W

Konvensional

TEM

PER

ATU

RE

(o C)

Time (min)

Gb.2 Profil temperatur distilasi minyaknilam

Page 4: PENINGKATAN PRODUKTIFITAS EKSTRAKSI MINYAK NILAM

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-51

Hasil rendemen/ekstraksi maksimum dariketiga metode tersebut juga dapat dilihat padaTabel-1. Hasil pengamatan menunjukkanbahwa metode microwave distillation dengandaya 700W dapat menghasilkan hasilekstraksi tertinggi yakni sekitar 3,8% dari 100gram daun nilam kering. Sedangkan metodeyang lain, masing-masing menghasilkan 2,9%untuk konvensional dan 2,4% untukmicrowave dengan daya 420W. Penggunaandaya yang cukup dalam metode microwavedistillation merupak faktor penting untukmenghasilkan rendemen maksimum dalamproses distilasi/ekstrksi minyak nilam.Semakin besar daya yang digunakan akanmemiliki kemampuan yang lebih untukmendesak minyak agar berdifusi keluar darisel-sel daun dan kemudian dapat larut dalamuap air. Meski microwave mampu memberipemanasan yang efektif, akan tetapi bila dayayang digunakan kecil atau tidak cukup, makahasil rendemen juga akan rendah, seperti yangterlihat pada daya 420W.

Pada penelitian ini, konsumsi energi untukproses distilasi juga diukur untuk mengetahuitingkat keefektifan dan keefisiensienanmetode microwave distillation. Tabel-2menunjukkan konsumsi energi dari ketigametode yang digunakan. Konsumsi energiuntuk tiap mL minyak yang dihasilkan dariproses ekstraksi masing-masing menunjukkan2620,8 kJ untuk microwave 420W, 2952 kJuntuk microwave 700W dan 3636,7 kJ untukmetode konvensional. Hasil tersebutmenunjukkan bahwa metode microwavememerlukan energi yang lebih sedikitdibanding metode konvensional. Metodetersebut mampu menghemat 30% kebutuhanenergi untuk proses eksktraksi minyak nilam.

Kesimpulan

Penelitian tentang penggunaan metodemicrowave distillation untuk proses ekstraksiminyak nilam telah dilakukan. Hasilpenelitian menunjukkan bahwa metodemicrowave relative lebih efektif dibandingmetode hydro distillation konvensional.Penggunaan microwave dengan daya cukupmampu mengekstraksi minyak nilam lebihcepat serta menghasilkan minyak yang lebihbanyak. Selain itu, microwave memerlukanenergi yang lebih hemat dibanding metodekonvensional.

Referensi

[1] Sugiarto dan Sulisttyo E., 2010, AmpasPenyulingan Nilam Sebagai Bahan BakarAlternatif Pada Proses Produksi MinyakNilam, Jurnal Rekayasa Mesin, Vol.1No.2, 27-34., Malang

[2] Tuti Tutuarima, Hari Soesanto, Meika SRusli, Erliza Noor, 2008, PerbaikanDisain Proses Penyulingan Minyak AkarWangi, Prosiding Konferensi NasionalMinyak Atsiri, Surabaya.

[3] Herlina et al, 2005. Efektifitaspenyulingan daun nilam metode steamdistillation dengan perlakuabpendahuluan pengeringan suhu rendahtermodifikasi. PS Tek. Industri Pertanian,Universitas Bengkulu, Bengkulu.

[4] Ketaren, S.1985. Pengantar TeknologiMinyak Atsiri. Balai Pustaka. Jakarta.

[5] Anshory dan Hidayat. 2009. Konsepdasar pengulingan dan analisa sederhanaminyak nilam. LPPM, UNPAD.

[6] Taylor, M. 2005. Developments inMicrowave Chemistry. Evalueserve. AllRight Reserved.

[7] Tsuruta, T. and Hayashi, T., 2006,Enhancement of Microwave DryingUnder Reduced Pressure Condition byIrradiation Control and External AirSupply, Transaction of the Japan Societyof Mechanical Engineers, Series B,(No.05-1115)

[8] Wildan Habibi, Ayong Ziyaul Haq,Pantjawarni Prihatini, dan Mahfud. 2012.Perbandingan Metode Steam Distillationdan Steam-Hydro Distillation dengan

Tabel-2 Konsumsi energi ekstraksi minyaknilam.

No Metode Konsumsi Energi(kJ/mL minyak

nilam)1 Konvensional 2,9

2 Microwave 420W 2,4

3 Microwave 700W 3,9

Page 5: PENINGKATAN PRODUKTIFITAS EKSTRAKSI MINYAK NILAM

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-51

Microwave Terhadap Jumlah Rendemenserta Mutu Minyak Daun Cengkeh(Syzygium aromaticum). Surabaya: ITS.

[9] Prakash JM, V. Sivakumara, , R.Sridharb. 2013. Optimization ofmicrowave assisted extraction of pectinfrom orange peel, Kongu EngineeringCollege, Perundurai, Erode 638052, TN,India.