STUDI TRANSFER MASA EKSTRAKSI FLUIDA SUPERKRITIS PADA

BETA- KAROTEN DARI CPO MENGGUNAKAN CO2 PADA EKSTRAKTOR

UAP.

R. Davarnejad , N.M. Niza, K.M. Kassim, S.A. Sata, Z. Ahmad and K.T. Lee, M.K.

Moravej

Universitas Sains Malaysia

Pada penelitian ini, koefisien transfer volumetric massa dan difusifitas dari beta-

karoten CPO menggunakan pelarut CO2 pada fluida superkritis dengan tekanan 7,7 -

17,7 MPa dan suhu 80-120oC. untuk tujuan ini metoda statistic digunakan untuk

mengurangi jumlah percobaan. Koefisien transfer massa volumetric beta karoten

sesua dengan fungsi tekanan, temperature dan waktu ekstraksi untuk mempelajari

efek masing-masing dari koefisien variable ini. Hasil eksperimen menunjukkan

bahwa transfer massa volumetric maksimum berada sekitar 2,486 x 10-2s-1 dengan

tekanan 7,5 MPa, temperature 100oC dan waktu ekstraksi 1 jam. Transfer massa

volumetric optimum didapat 6,7 x 10-3s-1 dengan tekanan 17,7 MPa, temperature

100,5oC dan waktu ekstraksi 3, 9 jam.

1. Pendahuluan

Beta-karoten, lipid berwarna orange penghasil vitamin A yang serig digunakan dalam

produk makanan untuk memberi warn. Meskipun sayuran banyak mengandung

karotenoid sebagai contoh bta-karoten, masih banyak beta-karote sintetis diproduksi

seiring dengan rumitnya mengekstrak beta-karoten dari bahan alami. Presentasi

karotenoid untuk sawit adalah 500-7—mg/kg dengan isomer karoten maksimum

54,4%. Salah satu cara untuk mengekstrak variable ini adalah dengan fluida

superkritis CO2. Karbondioksida merupakan fluida yang popular untuk ekstraksi dari

sumber alam. Hal ini telah diteliti oleh Davarnejad dkk. Mereka menunjukkan yield

maksimum beta karoten (1,741 x 10-2%) diperoleh dengan hasil eksperimen pada

tekanan 7,5 MPa, temperature 120oC dan waktu ekstraksi 1 jam.

Variable yang diidentifikasi dalam penelitian adalah temperature, tkenan, laju pelarut,

ukuran partikel dan sifat fisika dari fluida superkritis. Masih sedikit yang membahas

tenntang pengolahan CPO menggunakan CO2 superkritis, akan tetapi masih terdapat

dalam literature. Ekstraksi transfer massa beta-karoten dari wortel menggunakan CO2

dan N2O diteliti oleh Subra dkk. Mereka menyimpulkan bahwa koefisien transfer

massa adalah 2,5 x 10-8 m.s-1 dengan kondisi maksimum ; temperature 57oC, tekanan

250 bar, densitas pelarut 0,8 g/cm3, laju alir 0,73 g/menit dan ukuran partikel 0,5

mm. mereka juga menyimpulkan dengan meningkatkanya ukuran partikel, maka akan

meningkatkan koefisen transfer massa. Denagn kondisi operasi yang sama N2O lebih

efektif daripada CO2.

Vedarman dkk memperlajari tentang ekstraksi kolesterol dari otak sapi dengan

menggunakan karbondioksida superkritis, baik secara eksperimen maupun secara

teori. Mereka menyimpulkan total kolesterol yang mampu diekstraksi adalah 52%,

dengan perbandingan pada penggunaan dikloroetana dengan hasil ekstraksi 48%.

Koefisien difusi yang efekif bervariasi antara 1,9 dan 2,8 x 10-13m2s-1 untuk

eksperimen.

Shi dkk menemukan koefisien transfer massa pada pabrik minyak didalam bed yang

berisi karbondioksida superkritis. Dengan menggunakan data Puiggene dkk, direvisi

menjadi Sh’+0,422(Re0,58Sc0,3074) dimana 10 < Re < 100. Angka Sc juga dapat diganti

dengan 1/3.

Francadkk, meneliti tentang ekstraksi karoten dari yield buriti, sementara King dkk

meneliti dan memodelkan ekstraksi dari berbagai produk alami. Pada bagian ini,

transfer massa beta-karoten sebagai contoh difusivitas dan koefisien transfer massa

volumetric dari minyak CPO, pada ekstraksi menggunakan karbondioksida

superkritis dan dimodelkan secara statistic.

2. Studi perpindahan massa

Data yang digunakan pada penelitian ini adalah sesuai dengan studi sebelumya.

Meskipun Catchopole memiliki penelitian yang lebih komprehensif tentang transfer

fenomena dan memiliki perhitungan yang relevan pada packed bed, hal ini tidak

dapat digunakan didalam perhitungan minyak sawit alami.sehingga banyak rumus-

rumus baru yang muncul didalam penelitian ini.

Difusi tunggal:

Dc merupakan koefisien difusi tunggal pada keadaan kritis. Tr dan pr adalah

temperature reduksi dan densitas.

Difusi biner:

Vc1 dan Vc2 adalah volume kritis untuk komponen 1 dan 2, sedangkan M1 dan M2

adalah berat molekul.

Untuk larutan siklik, Radalah:

Koefisien difusi tunggal pada titik kritis Dc didapat dari literature. Untuk perhitungan

Dc pada keadaan kritis:

Pc merupakan tekanan atmosfir, Vc dalam cm3mol dan M dalam g.mol-1.perhitugan

yang lebih baik didapat dari modifikasi koefisien difusi empiris Fuller-Schettler-

Giddings:

Dimana M g.mol-1 Tc dalam K, pc dalam kg/m3. Volume difusi didapat dari literature.

3. Bahan dan Cara Kerja

3.1 Bahan dan Cara Kerja

Sesuai dengan kerja eksperimen oleh Davarnejad dkk, CPO diperoleh dari United

Palm Oil Industries Sdn. Bhd, Malaysia. CO2 sebagai pelarut 99,99% didapat dari

MOX Sdn Bhd, Malaysia. Beta karoten (96%, Fluka), aseton (99,8%, Baker) juga

digunakan dalam penelitian. Unit proses dilengkapi dengan bubble ekstrakstor. Hasil

eksperime didapat dari Davarnejad dkk. Untuk mendapatkan data transfer massa,

maka digunakan data konsentrasi (table 1)

4. Hasil dan Diskusi

4.1 Difusivitas dan Koefisien Perpindahan Massa

Dengan menggunakan persamaan 1 sampai 10, difusivitas dan koefisien transfer

massa untuk ekstraksi beta-karoten menggunakan CO2 telah dihitung. Kofisien

difusivitas terdapat pada table 2.

Kemudian, koefisien difusivitas untuk menghitung koefisien volumetric perpindahan

massa terdapat pada table 3.

P (MPa) K x 10-2(s-1) P K P K

4.2 Analisa Statistik

Dengan menggunakan software Design Expert versi 6.06 didapat hasil pada table 4.

4.3 Kondisi proses optimum

Kondisi optimal (P,T dan t) untuk koefisien transfer beta-karoten dari ekstraksi CPO

digambarkan dalam hubungan multiple, dapat dilihat pada Gambar 1 a-c

Gambar 1. Hubungan korelasi koefisien perpindahan massa volumetric

terhadap T dan P (pada waktu ekstraksi 3 jam)

Gambar ini memperlihatkan maksimum K beta-karoten adalah 1,626 x 10-4s-1

dan didapat pada tekanan 7,5 MPa, pada T 100oC dan waktu ekstraksi 3 jam.

Gambar 1. Hubungan korelasi koefisien perpindahan massa volumetric

terhadap T dan P (pada temperature 100oC)

Gambar ini memperlihatkan maksimum K beta-karoten adalah 2,025 x 10-4s-1

dan didapat pada tekanan 7,5 MPa, pada T 100oC dan temperature 100oC.

Gambar ini memperlihatkan maksimum K beta-karoten adalah 1,508 x 10-4s-1

dan didapat pada tekanan 12,5 MPa, pada T 100oC dan temperature 100oC dengan

lama ekstraksi 1 jam.

5. Kesimpulan

Dapat disimpulkan bahwa Proses ekstraksi dari koefisien difusivitas fluida superkritis

tergantung pada T dan P. Untuk koefisien transfer massa didapat nilai tertinggi 2,486

x 10-2s-1 pada tekanan 17,7 MPa, dengan T 100,5oC.