3 PEG EMBAG A PROSES PEMBUATA BIODIESEL JARAK … · Proses kedua adalah esterifikasi menggunakan...

3 PE�GEMBA�GA� PROSES PEMBUATA� BIODIESEL

JARAK PAGAR MELALUI TRA�SESTERIFIKASI I�-

SITU, KATALIS HETEROGE� KALSIUM OKSIDA,

DETOKSIFIKASI DA� UJI TOKSISITAS BU�GKIL

JARAK HASIL DETOKSIFIKASI

3.1 Pendahuluan

Menurut Leung et al. (2010), jumlah ALB maksimum yang dapat diterima

dalam sistem yang menggunakan katalis basa adalah dibawah 2,5 %.

Berdasarkan batasan ini, maka ada dua jenis minyak nabati sebagai bahan baku

biodiesel yaitu minyak dengan ALB rendah (<2,5%) dan minyak yang memiliki

kandungan ALB yang tinggi (> 2,5%). Minyak dengan kandungan ALB yang

rendah dapat diproses menjadi biodiesel secara langsung melalui reaksi

transesterifikasi satu tahap menggunakan katalis basa. Sementara itu minyak

dengan ALB yang tinggi perlu perlakuan pendahuluan atau reaksi esterifikasi.

Pada minyak jarak pagar yang memiliki kandungan ALB tinggi, ada dua

proses yang dikembangkan. Proses pertama adalah esterifikasi menggunakan

katalis heterogen bentonit yang diaktivasi dengan 5,3M HCl (Bentonit-HCl)

(Nazir et al. 2009a) dan transesterifikasi menggunakan katalis heterogen CaO.

Proses kedua adalah esterifikasi menggunakan katalis homogen H2SO4 (Tiwari et

al. 2007) dan transesterifikasi menggunakan katalis heterogen CaO. Sementara

itu, proses esterifikasi menggunakan katalis homogen H2SO4 dan transesterifikasi

menggunakan katalis homogen NaOH (Tiwari et al. 2007) digunakan sebagai

proses pembanding.

Oleh karena metode pencucian dengan air tidak cocok untuk memurnikan

biodiesel yang disintesis menggunakan katalis CaO karena hanya mampu

menghilangkan separuh ion kalsium pada pemurnian biodiesel (Huaping et al.

2006), maka pemurnian biodiesel dengan adsorben yang lebih baik menggunakan

bentonit yang diaktifkan dengan asam juga diteliti.

Untuk minyak jarak pagar yang mengandung ALB rendah dikembangkan

dua proses. Proses pertama adalah transesterifikasi minyak jarak menggunakan

katalis heterogen CaO. Metode transesterifikasi menggunakan katalis heterogen

terbukti lebih unggul dibandingkan dengan metode transesterifikasi homogen

54

terutama pada pemisahan dan pemurnian produk metil ester (Ma and Hanna

1999; Fukuda et al. 2001; Van Gerpen 2005; Demirbas 2007; Singh 2008).

Proses kedua adalah transesterifikasi biji jarak kupas secara in-situ

menggunakan katalis homogen NaOH. Transesterifikasi in situ (Harrington dan

D 'Arcy-Evans 1985; Siler-Marinkovic dan Tomasevic 1998; Kildiran et al. 1996;

Hass et al. 2004), merupakan sebuah metode produksi biodiesel yang

memanfaatkan produk-produk asli pertanian mengandung minyak sebagai sumber

trigliserida untuk langsung di-transesterifikasi-kan. Diharapkan dari proses ini

diperoleh sekaligus dua produk, yaitu biodiesel dan bungkil jarak tidak beracun

yang kaya protein yang dapat dimanfaatkan untuk pakan ternak. Sementara itu,

proses transesterifikasi minyak jarak pagar menggunakan katalis homogen NaOH

(Chitra et al. 2005) digunakan sebagai proses pembanding.

Biji jarak mengandung minyak sekitar 300–350 g kg−1

, yang dapat

digunakan secara langsung sebagai bahan bakar atau sebagai substitusi minyak

diesel. Bijinya dilapisi oleh kulit biji yang keras yang mengandung daging biji

berwarna putih. Perbandingan kulit dengan daging biji berkisar antara 350 sampai

400 g kg−1

dan dari 600 sampai 650 g kg−1

berturut-turut. Bungkil yang tinggal

sebagai hasil samping setelah ekstraksi minyak dengan kempa ulir (screw press)

sekitar 500–600 g kg−1

mengandung kulit biji yang tak dapat dicerna (Makkar et

al. 2008).

Biji jarak pagar sangat beracun bagi sejumlah spesies binatang (Adam

1974; Ahmed and Adam 1979a, 1979b; Makkar et al. 1998; Li et al. 2010).

Toksisitas biji jarak disebabkan oleh adanya forbol ester (Goel et al. 2007;

Makkar et al. 2008). Zat anti gizi yang lain dalam jumlah besar dalam biji jarak

adalah inhibitor tripsin, lektin dan fitat (Makkar et al. 1997). Disamping adanya

kandungan racun dan antigizi, tingginya kandungan kulit biji di dalam bungkil

yang diperoleh setelah ekstraksi minyak menghambat penggunaan bungkil

sebagai sumber pakan untuk ternak (Makkar et al. 2008).

Kandungan protein bungkil jarak kupas hasil ekstraksi secara mekanis

dengan kempa hidrolik (41,07% dan 41,67% masing-masing untuk jarak pagar

Malaysia dan Indonesia) sebanding dengan kandungan protein bungkil kedele

(40-45%) (Widodo 2008). Kedua jenis jarak pagar ini memiliki kandungan

55

forbol ester yang lebih besar (6,55-6,87 mg/g) daripada bungkil jarak varitas Cape

Verde (2,70 mg/g), varitas �icaragua (2,17mg/g) dan varitas tidak beracun

Mexico (0,11 mg/g) (Makkar dan Becker 1997) serta varitas India (6,05mg/g)

(Gaur 2009). Agar bungkil jarak tersebut dapat dikonsumsi oleh ternak, maka

perlu dilakukan detoksifikasi (Aregheore et al. 2003). Untuk maksud tersebut di

atas perlu dilakukan penelitian mengenai detoksifikasi bungkil jarak dan uji

toksisitas bungkil pada tikus percobaan.

Ada dua proses detoksifikasi yang dikembangkan dalam penelitian ini.

Metode pertama yaitu metode detoksifikasi bungkil setelah ekstraksi dengan

perlakuan NaOH diikuti dengan pencucian dengan air. Perlakuan dengan NaOH

berfungsi menurunkan forbol ester (Haas and Mittelbach 2000; Rakshit et al.

2008; Makkar et al. 2009). Metode kedua adalah metode detoksifikasi melalui

transesterifikasi biji kupas secara in-situ. Metode ketiga adalah metode

detoksifikasi biji kupas setelah ekstraksi dengan perlakuan NaOH, diautoklaf pada

suhu 121oC selama 15 menit, diikuti dengan pencucian dengan metanol dan air.

Perlakuan menggunakan panas berfungsi untuk menghilangkan zat anti gizi yang

ada di dalam bungkil jarak pagar ( Aregheore et al. 2003).

Tujuan dari penelitian ini adalah (1) untuk melihat sifat fisika kimia

minyak, kandungan gizi dan kandungan racun forbol ester bungkil dari dua jenis

jarak pagar yang berasal dari dua sumber yang berbeda. Hasil penelitian pada

tahap ini menjadi acuan untuk penelitian tahap berikutnya. Tujuan ke (2) adalah

untuk mendapatkan kondisi proses esterifikasi dan transesterifikasi minyak jarak

pagar ALB tinggi yang optimal dalam proses produksi biodiesel menggunakan

katalis heterogen; (3) untuk mendapatkan jenis adsorben yang efektif di dalam

proses pemurnian biodiesel yang diproses menggunakan katalis heterogen CaO;

(4) untuk mendapatkan kondisi proses transesterifikasi minyak jarak pagar ALB

rendah yang terbaik dalam proses produksi biodiesel menggunakan menggunakan

katalis heterogen, (5) untuk mendapatkan kondisi proses transesterifikasi in-situ

yang optimal dalam proses produksi biodiesel yang sekaligus juga menghasilkan

bungkil jarak pagar tidak beracun sebagai hasil samping dari transesterifikasi in

situ; (6) untuk mendapatkan metode detoksifikasi yang tepat untuk

menghilangkan kandungan racun yang ada pada bungkil jarak; (7) untuk melihat

56

pengaruh bungkil jarak pagar hasil detoksifikasi terhadap pertambahan berat

badan, mortalitas, nisbah efesiensi protein (protein efficiency ratio-PER) dan

indeks transformasi pangan (food transformation index-TI) dari tikus percobaan.

3.2 Bahan dan Metode

3.2.1 Bahan

Biji jarak pagar yang mengandung ALB rendah berasal dari kebun

percobaan Fakulti Sains dan Teknologi Universiti Kebangsaan Malaysia. Biji

jarak pagar yang mengandung ALB tinggi berasal dari perkebunan rakyat di

Propinsi Lampung. Biji yang rusak dibuang dan biji yang baik dibersihkan,

dikupas kulit bijinya dan dikeringkan pada suhu 100–105oC selama 30 menit.

Anhidrat metanol (MeOH) 99,8%, sodium hidroksida (NaOH), asam sulfat

(H2SO4), dan asam klorida (HCl) 37-38% murni dibeli dari ChemAR®

. Bubuk

bentonit kaya kalsium yang digunakan dalam percobaan diperoleh dari PT.

Superintending Company, Indonesia. Analisis bahan kimia dari bentonit (%

massa) adalah SiO2 (64,15); TiO2 (0,47); CrO3 ( 0,003); Al2O3 (10,70); Fe2O3

(0,10); MgO (0,70); CaO (0,03); Na2O (0,20); K2O (0,50) dan Loss on Ignition

(LOI), 22,61. Batu kapur (CaCO3) yang digunakan sebagai bahan baku untuk

membuat katalis CaO diperoleh dari Halaban, Sumatera Barat-Indonesia. Pakan

tikus komersial berasal dari Australia (Barastoc, Ridley AgroProduct Pty, Ltd

Australia). Tikus yang digunakan sebagai hewan percobaan adalah tikus putih

jenis Sprague Dauley berasal dari Rumah Hewan Universiti Kebangsaan

Malaysia. Secara lengkap bahan kimia yang digunakan dalam seluruh penelitian

disertasi ini ada pada Lampiran 2 dan daftar alat yang digunakan ditampilkan

pada Lampiran 3. Gambar lokasi pengambilan batu kapur yang digunakan dalam

penelitian ini dapat dilihat pada Lampiran 4.

3.2.2 Ekstraksi Minyak

Ekstraksi minyak dilakukan menggunaan alat kempa berkekuatan 10 ton.

Gambar lengkap dari alat kempa ini dapat dilihat pada Lampiran 5. Minyak hasil

ekstraksi disimpan pada suhu kamar dan disimpan dalam ruangan es -5oC sampai

57

ia diperlukan untuk analisis. Minyak yang berhasil diekstrak dari daging biji

ditimbang beratnya. Rendemen minyak dinyatakan sebagai persentase minyak

dalam daging biji jarak pagar.

.

3.2.3 Penentuan Sifat Fisik

Viskositas. Viskositas minyak diukur dengan Digital Viscometer Model DV-I

Brookfield Engineering Laboratories, Inc., Middleboro, MA, USA (spindle 3,

100 rpm) selama 1 menit.

Indeks Bias. Indeks bias diukur menggunakan Refractometer Digital Versi RFM

730 yang terhubung dengan termometer digital Model DTM-1T, Japan, pada

suhu 25,6 ºC.

Densitas. Densitas minyak diukur menggunakan timbangan analitik, dimana

1mL minyak ditimbang dan beratnya pada suhu kamar. Densitas merupakan

berat/volume.

3.2.4 Penentuan Sifat Kimia

Penetapan Keasaman. Nilai asam didefinisikan sebagai mg kalium hidroksida

yang diperlukan untuk menetralisir asam lemak dalam 1 g contoh dan diukur

menggunakan metode AOCS Te 1a-64. Nilai ini mencerminkan jumlah asam

lemak bebas dalam biodiesel. Sebanyak 5 g contoh ditimbang secara akurat dan

dimasukkan ke dalam botol erlenmeyer 500 mL. Kemudian, 70-100 mL

isopropanol dituangkan ke dalam labu yang dipanaskan di atas hot plate. Larutan

itu kemudian digoyang-goyang sampai teramati larutan menjadi homogen.

Berikutnya, 0,5 mL indikator phenolphthalein ditambahkan ke dalam erlemeyer

dan contoh larutan dititrasi dengan 0,02 N NaOH. Volume titrasi tercatat pada

titik di mana warna pink pertama muncul dan berlangsung selama 30 detik. Asam

lemak bebas dan bilangan asam dihitung dengan menggunakan persamaan di

bawah ini:

58

% ALB sebagai oleat = 28,2 × N × V

W

dengan: N adalah normalitas larutan NaOH

V adalah volume larutan NaOH yang digunakan dalam mL

W adalah berat contoh

Bilangan Asam = % ALB sebagai oleat × 1,99

Penentuan Bilangan Iod. Sebanyak 0,3 g dari minyak ditempatkan dalam botol

500 mL, 15 mL karbon tetraklorida (CCl4) ditambahkan untuk melarutkan

minyak, dan 25 mL larutan Wijs ditambahkan ke dalam botol dan tutupnya

dimasukkan. Setelah mengguncang campuran dengan lembut, botol ditempatkan

dalam gelap selama 1 jam. Setelah dibiarkan selama 1 jam, 20 mL kalium iodida

(KI) 10% dan 150 mL air suling ditambahkan. Campuran itu dititrasi dengan

larutan natrium thiosulfat (Na2S2O3 0,1N) sampai warna kuning karena iod

hampir menghilang, 1 mL larutan indikator (pati, 1%) ditambahkan, dan titrasi

dilanjutkan sampai warna biru menghilang. Tes blanko dilakukan dibawah kondisi

yang sama. Bilangan iod dihitung menurut persamaan:

Bilangan iod = 12,69 × N × (V2-V1)

W

dengan:

N adalah normalitas yang tepat dari larutan Na2S2O3 yang digunakan.

V2 adalah volume (mL) larutan Na2S2O3 digunakan untuk uji blanko.

V1 adalah volume (mL) larutan Na2S2O3 digunakan untuk penentuan contoh.

W adalah berat dalam gram dari bagian pengujian contoh.

Penentuan Bilangan Penyabunan. Bilangan penyabunan dilakukan menurut

method AOCS Cd 3-25 (Salimon et al. 2006). Sebanyak 2 g dari minyak biji jarak

pagar itu ditempatkan dalam erlemeyer, dan 25 mL kalium hidroksida beretanol

(KOH 0,5N) ditambahkan dengan beberapa batu didih. Kemudian tabung

dihubungkan dengan kondensor refluks dan campuran dididihkan selama 1 jam.

Setelah mendidih, campuran ini didinginkan dan 1mL indikator fenolftalein 1%

59

ditambahkan. Selanjutnya campuran itu dititrasi dengan asam klorida (HCl 0,5N)

sampai warna merah muda indikator menghilang. Tes blanko dilakukan dibawah

kondisi yang sama. Nilai bilangan penyabunan dihitung dengan persamaan:

Bilangan Penyabunan (SV) = 56,1 × N × (Vb-Vs)

W

dengan:

Vb adalah volume (mL) dari larutan HCl yang digunakan untuk blanko.

Vs adalah volume (mL) dari larutan HCl yang digunakan untuk penentuan contoh.

N adalah normalitas HCl.

W adalah berat (g) dari contoh.

56,1 adalah berat molekul KOH. Bilangan penyabunan dinyatakan dalam mg / g

Penetapan Bahan Tidak Tersabunkan . Kira-kira 10 g minyak dimasukkan ke

dalam labu berdasar bundar dan 30 mL etanol dan 5 mL larutan KOH berair

ditambahkan dengan beberapa batu didih ke dalam labu tersebut. Labu tersebut

dihubungkan dengan kondensor refluks, dan campuran dididihkan selama 1 jam.

Setelah mendidih, pemanasan dihentikan dan campuran reaksi dipindahkan

menggunakan corong pemisah. Labu itu dibilas dengan 10 mL etanol diikuti oleh

20 mL air suling hangat dan kemudian 20 mL air suling dingin, dan semua hasil

cucian dipindahkan ke corong pemisah. Isi corong pemisah dibiarkan dingin

pada suhu ruangan, setelah itu 50 mL heksana ditambahkan ke dalam corong

pemisah. Setelah mengguncang campuran dengan kuat selama 1 menit, biarkan

campuran beberapa menit untuk mendapatkan dua fase. Larutan fase sabun

dipindahkan seutuhnya ke dalam corong pemisah kedua. 50 mL heksana

ditambahkan ke dalam corong pemisah. Setelah mengguncang campuran selama

1 menit dengan keras, campuran dibiarkan beberapa menit untuk mendapatkan

dua fase. Ekstraksi menggunakan 50 mL heksana diulang lima kali. Gabungan

ekstrak di corong pemisah dicuci tiga kali dengan 25 mL 10% (v/v) etanol, setelah

corong pemisah diguncang keras, keluarkan lapisan etanol setelah mencuci.

Heksana diuapkan sampai kering menggunakan rotary evaporator hampa,

selesaikan pengeringan dalam oven hampa pada suhu 75°C-80°C, dan

60

didinginkan dalam desikator dan timbang (Wr). Residu ini dilarutkan dalam 50

mL etanol 95%, dan dititrasi dengan larutan NaOH 0,02N menggunakan

indikator fenolftalein sampai tercapai warna merah muda. Kandungan asam

lemak bebas dihitung dengan persamaan berikut ini:

g asam lemak (Wal) = V�aOH × 0,00056

Jumlah bahan tak tersabunkan dinyatakan sebagai :

Bahan tak tersabunkan = 100 (Wr -Wal)

W

dengan:

W adalah berat contoh, dalam gram.

Wr adalah berat dari residu, dalam gram.

Wal adalah berat asam lemak, dalam gram.

Analisis Komposisi Asam Lemak Metode Kromatografi Gas. Metode

kromatografi gas (GC) dilakukan untuk analisis komposisi asam lemak.

Kromatografi dilengkapi dengan detektor ionisasi nyala dan kolom kapiler (30 m

× 0,25 mm × 0,25 mm film). Parameter GC ditunjukkan pada Tabel 23.

Tabel 23 Parameter metode kromatografi gas

Parameter Value

Gas Pembawa

Suhu detektor

Suhu Injector

Kecepatan alir injektor

Suhu awal

Suhu akhir

Nitrogen

280°C (FID)

250°C

0,3 mL/min

120°C (5 min)

180°C (10 min)

Persiapan fatty acid methy ester (FAME) ini dilakukan menurut Salimon et

al. (2006), dimana 1 mL heksana dimasukkan ke dalam 0,1 mL minyak jarak

61

pagar, dan 1 mL larutan natrium metoksida (1,55g NaOH dalam 50 mL metanol)

ditambahkan ke dalam larutan minyak. Larutan diaduk dengan putaran keras

menggunakan Vortex stirrer selama 10 detik. Larutan dibiarkan selama 10 menit

untuk memisahkan larutan FAME yang berwarna jernih dari lapisan berair yang

berwarna keruh. Lapisan atas dikumpulkan dengan hati-hati.

Komposisi asam lemak dari minyak jarak pagar yang ditentukan

menggunakan FAME yang diinjeksikan ke kromatografi gas untuk analisis.

Identifikasi puncak dilakukan oleh retensi dengan cara membandingkan mereka

dengan standar asli yang dianalisis dalam kondisi yang sama.

3.2.5 Analisis Proksimat Zat Gizi Bungkil Jarak Pagar

Kandungan zat gizi bungkil jarak pagar masing-masing dianalisis dengan

metode AOAC 934.01; 988.05; 920.39, 942.05 dan 962.09 (AOAC, 2000),

berturut-turut untuk kadar air, protein (N x 6,25), lemak, karbohidrat (by

different), abu dan serat kasar.

3.2.6 Perkiraan Forbol Ester (Makkar et al. 2007; Gaur 2009)

Sekitar 1 g (± 0,1 g) dari contoh ditimbang dan dipindahkan ke tabung

sentrifus 15 mL, tambahkan 5 mL metanol (HPLC grade) ke dalam tabung. Isi

tabung itu diaduk dengan ultrasonic selama 30 menit. Setelah itu, tabung

ditempatkan dalam sentrifus dan berputar dengan kecepatan 3500 rpm selama 20

menit. Supernatan hati-hati dipindahkan ke tabung gelas 15 mL. Langkah ini

dilakukan tiga kali pada setiap contoh. Ekstrak metanol itu dikumpulkan

selanjutnya dipekatkan menggunakan rotary evaporator. Ekstrak pekat tersebut

disaring melewati saringan 0,22 µm. Contoh selanjutnya dianalisis menggunakan

HPLC Dionex Ultimate 3000, kolom C18 5µm, 4.6 x 250 mm i.d., pada suhu

35oC, kecepatan aliran 1 mL/min. Pelarut yang digunakan adalah: (A) Acetone

(60%) dan (B) acetonitrile (40%). Kandungan forbol ester diekspresikan dengan

menggunakan forbol ester 12-miristat 13-asetat sebagai standar.

62

3.2.7 Penyiapan Bentonit yang Diaktivasi Asam

Teknik yang digunakan untuk aktivasi bentonit adalah teknik impregnasi.

Bentonit diimpregnasi dalam HCl 5,3 M atau H2SO4 40wt% dengan cara

merefluks campuran bentonit dan asam tersebut pada suhu 80oC selama 4 jam.

Setelah itu campuran disaring menggunakan kertas Whatman 40. Residu hasil

penyaringan dicuci dengan air deionized sampai ion Cl-1

atau SO4-1

tidak

terdeteksi. Setelah dilakukan pengeringan selama satu malam, bentonit

dikalsinasi pada suhu 500 oC selama tiga jam. Ada lima jenis bentonit yang

diaktivasi asam yang akan digunakan untuk esterifikasi minyak jarak pagar

dengan metanol dan sebagai adsorben untuk pemurnian biodiesel adalah: (A)

Bentonit tanpa aktivasi (bentonit); (B) Bentonit yang diaktivasi dengan HCl 5,3

M (Bentonit-HCl); (C) Bentonit yang diaktivasi dengan HCl 5,3 M dan

dikalsinasi pada suhu 500oC (Bentonit-HCl-Kal); (D) Bentonit yang diaktivasi

dengan H2SO4 40wt% (Bentonit- H2SO4); (E) Bentonit yang diaktivasi dengan

H2SO4 40wt% dan dikalsinasi pada suhu 500oC (Bentonit-H2SO4-Kal).

3.2.8 Karakterisasi Bentonit yang Diaktivasi Asam

Analisis XRD. Difraksi X-ray (XRD) disiapkan dengan metode slide kaca dan

direkam menggunakan Diffractometer Rikagu D-Max 2200 yang beroperasi pada

40 kV dan 30 mA, menggunakan radiasi Cu Kα yang memiliki panjang

gelombang 0,15418 nm, pada kecepatan scanning 2o2θ min

_1 (Moore &

Reynolds, 1997). Pola difraksi X-ray dari bentonit yang diaktivasi asam dapat

dilihat pada Lampiran 6.

Luas permukaan. Luas permukaan bentonit diukur dengan metode multipoint

Brunauer, Emmett dan Teller (BET) menggunakan instumen analisis permukaan

quantachrome Instrument (Autosorb 1-C, Boynton Beach, Florida, USA).

Analisis ini dilakukan dengan menggunakan adsorpsi nitrogen / desorpsi isoterm

pada suhu nitrogen cair dan tekanan relatif (P/ Po) mulai 0,04-0,4 di mana

hubungan linear dipertahankan. Hasil analisis BET dapat dilihat pada Lampiran

7.

63

Kajian Keasaman. Sekitar 20 mg contoh ditekan dengan beban 2-5 ton selama

satu menit untuk mendapatkan cakram 13 mm. Spektrum inframerah

dikumpulkan pada suhu kamar menggunakan spektrometer FTIR Simadzu 2000

dengan resolusi 2 cm-1

. Tapak asam dikaji menggunakan piridina sebagai probe

molecule. Kemudian piridina diserapkan selama 30 detik pada suhu kamar,

dilanjutkan dilakukan desorpsi pada 150°C selama 1 jam. Spektra inframerah

contoh direkam pada daerah hidroksil pada 4000–3000 cm−1

dan daerah vibrasi

piridina pada 1700–1300 cm−1

(Lampiran 8).

3.2.9 Persiapan Katalis CaO

Katalis (CaO dalam bentuk bubuk), disiapkan dengan cara membakar batu

kapur (CaCO3) hasil pertambangan rakyat selama 1,5 jam pada suhu 900oC

(Kouzu et al 2007). CaO disimpan di bawah kondisi hampa di dalam desikator

yang mengandung silika gel dan pelet KOH untuk menghilangkan H2O dan CO2.

3.2.10 Karakterisasi Katalis CaO

Luas permukaan CaO diukur dengan multipoint Brunauer, Emmett dan

Teller (BET) metode dari Analisis Permukaan Quantachrome Instrument

(Autosorb 1-C, Boynton Beach, Florida, USA). Ini dilakukan dengan

menggunakan adsorpsi / desorpsi nitrogen pada suhu isoterm nitrogen cair dan

tekanan relatif (P/ Po) mulai 0,04-0,4 di mana hubungan linear dipertahankan.

Kekuatan dari katalis CaO (Ho) ditentukan dengan menggunakan indikator

Hammett. Kira-kira 25 mg katalis diguncang dengan 5 mL dari larutan indikator

Hammett diencerkan dengan metanol dan dibiarkan untuk menyeimbangkan

selama 2 jam. Setelah seimbang, warna katalis dicatat. Indikator Hammett

(untuk kekuatan tapak asam) yang digunakan adalah: merah netral (pKa = 6,8),

metil merah (pKa = 4,8), P-dimethylaminoazobenzene (PKa = 3,3) dan violet

kristal (pKa = 0,8). Indikator Hammett asam (untuk tapak basa) yang digunakan

adalah: fenolftalein (PKBH+ = 8,2), Nil biru (PKBH+ = 10,1), tropaeolin (PKBH+ =

11), 2,4-dinitroanilin (PKBH + = 15), 4-kloro-2-nitroanilin (PKBH+ = 18,2) dan 4 -

kloroanilin (PKBH + = 26,5). Nilai Ho contoh pada tapak asam ditentukan oleh

64

nilai Ho terkecil di antara indikator Hammett yang telah mengalami warna

perubahan dan yang memiliki nilai Ho kurang dari 7,0. Dan nilai Ho contoh di

tapak basa ditentukan oleh nilai Ho terbesar diantara indikator Hammett yang

telah mengalami perubahan warna dan memiliki nilai Ho lebih dari 7,0. Luas

permukaan BET dan kekuatan basa dari katalis CaO dapat dilihat pada Lampiran

9.

3.2.11 Optimisasi Proses Esterifikasi Menggunakan Katalis Bentonit-HCl

Esterifikasi dilakukan dalam labu leher-tiga berukuran 250 mL. Labu itu

dilengkapi dengan pengaduk magnetik dan kondensor refluks, dan dipanaskan

pada magnetic hot plate. Dalam percobaan ini, labu berisi contoh minyak jarak

pagar terlebih dahulu dipanaskan sampai suhu yang ditunjuk (65oC). Hal ini

diikuti dengan penambahan campuran metanol dan katalis asam bentonit

sebelum menyalakan pengaduk magnetiknya. Penambahan campuran metanol

dan katalis ini menandai dimulainya reaksi esterifikasi. Setelah esterifikasi,

minyak dan katalis dipisahkan setelah sebelumnya disentrifus selama 5 menit.

Bagian atas yang jernih yang merupakan hasil esterifikasi selanjutnya didistilasi

secara hampa pada suhu dibawah 50oC untuk pengambilan metanol. Lapisan

minyak kemudian dicuci dengan air beberapa kali sampai pH air cucian mendekati

7,0. Minyak yang sudah diesterifikasi dikeringkan mengunakan magnesium sulfat

anhidrat sebelum nilai asam dianalisis. Konversi ALB didefinisikan sebagai

bagian dari ALB yang dihilangkan. Konversi ALB (XALB) ditentukan

menggunakan persamaan di bawah ini:

dengan,

ai adalah jumlah asam awal reaktan dan at adalah jumlah asam produk pada waktu

't' setelah esterifikasi.

Rancangan percobaan yang dipilih untuk studi ini adalah Central

Composite Design (CCD) yang membantu dalam menyelidiki pengaruh linear,

65

kuadrat, dan lintas-efek dari variabel proses esterifikasi (independen) pada

konversi ALB minyak jarak pagar (respon). CCD terdiri dari 34 run percobaan

dengan 6 ulangan pada titik pusat (centre point). Tiga variabel proses esterifikasi

dipelajari adalah dosis katalis, waktu reaksi, nisbah metanol:minyak. Tabel 24

disampaikan rentang dan taraf dari tiga peubah bebas yang diteliti. Setiap respon

dari proses transesterifikasi akan digunakan untuk mengembangkan sebuah model

matematis yang berkorelasi dengan konversi ALB minyak jarak pagar menurut

persamaan polinomial berikut:

dengan y adalah perkiraan konversi ALB minyak jarak pagar, xi dan xj mewakili

peubah-peubah, ßj adalah efek linier, ßij adalah efek interaksi, ßjj adalah efek

kuadratik.

Perangkat lunak Expert Design versi 6.0.6 (STAT-Ease Inc, Minneapolis,

USA) digunakan untuk analisis regresi dari data percobaan sesuai dengan

persamaan polinomial dan juga untuk evaluasi signifikansi statistik dari

persamaan yang dikembangkan.

Tabel 24 Peubah bebas dan taraf yang digunakan untuk CCD esterifikasi

menggunakan katalis bentonit yang diaktivasi HCl

Peubah Kode Satuan Taraf

-α -1 0 +1 +α

Dosis katalis X1 wt% 1 2 3 4 5

Lama reaksi X2 Jam 3 4 5 6 7

Nisbah

metanol:minyak

X3 mol

mol-1

6:1 9:1 12:1 15:1 18:1

66

3.2.12 Proses Esterifikasi Menggunakan Katalis Homogen Asam Sulfat

(Tiwari et al. 2007)

Esterifikasi dilakukan dalam labu leher-tiga berukuran 250 mL. Labu itu

dilengkapi dengan pengaduk magnetik dan kondensor refluks, dan dipanaskan

pada magnetic hot plate. Dalam percobaan ini, labu berisi contoh minyak jarak

pagar terlebih dahulu dipanaskan hingga suhu yang ditentukan. Hal ini diikuti

dengan penambahan campuran metanol (nisbah metanol: minyak 0,28 v /v) dan

asam sulfat (1,34% v/v) sebelum menyalakan pengaduk magnet. Penambahan

campuran metanol dan katalis ini menandai dimulainya reaksi esterifikasi.

Setelah reaksi berlangsung, katalis dan minyak dipisahkan menggunakan corong

pemisah. Minyak hasil esterifikasi selanjutnya didistilasi secara hampa pada

suhu dibawah 50oC untuk pengambilan metanol. Lapisan minyak kemudian

dicuci dengan air beberapa kali sampai pH air cucian mendekati 7,0. Minyak

yang sudah diesterifikasi dikeringkan mengunakan magnesium sulfat anhidrat

sebelum nilai asam dianalisis.

Konversi ALB didefinisikan sebagai bagian dari ALB yang dihilangkan.

Konversi ALB (XALB) ditentukan menggunakan persamaan di bawah ini:

dengan,

ai adalah jumlah asam awal reaktan dan at adalah jumlah asam produk pada waktu

't' setelah esterifikasi.

3.2.13 Transesterifikasi Minyak Jarak Pagar Menggunakan Katalis

Homogen �aOH (Tiwari et al. 2007)

Lapisan minyak hasil esterifikasi dipindahkan ke labu leher tiga

berukuran 250 mL. Minyak tersebut dipanaskan sampai suhu 60oC. Setelah itu,

metanol (0,16v/v) dan katalis ( 3,5 w/v + bilangan asam, w/v NaOH)

ditambahkan ke dalam minyak yang sudah diesterifikasi. Campuran ini bereaksi

selama 24 menit pada 60oC. Campuran dibiarkan untuk menetap pada corong

pemisah untuk memisahkannya menjadi dua lapisan. Lapisan bawah adalah

67

gliserol, sementara lapisan atas adalah metil ester (biodiesel mentah). Lapisan

metil ester kemudian dicuci dengan air beberapa kali sampai pH air cuci

mendekati 7,0 dan dikeringkan mengunakan magnesium sulfat anhidrat sebelum

dianalisis.

3.2.14 Optimasi Proses Produksi Biodiesel dari Minyak Jarak yang

Mengandung ALB Tinggi Melalui Transesterifikasi Menggunakan

Katalis CaO

Katalis CaO dan metanol ditambahkan ke dalam labu leher tiga 250 mL dan

diaduk selama 20 menit. Kemudian, suhu dinaikkan sampai suhu reaksi yang

diinginkan. Tambahkan 30 g minyak jarak pagar hasil esterifikasi yang telah

dipanaskan lebih dulu ke dalam labu tersebut. Setelah reaksi, katalis padat

dipisahkan dengan sentrifugasi menggunakan Compact Centrifuge Tabeltop 2420

(Kubota, Jepang). Cairan itu dimasukkan ke dalam corong pisah dan disimpan

pada suhu lingkungan selama 4 jam. Setelah itu, dua fase cair muncul: lapisan

atas adalah biodiesel dan gliserol pada lapisan bawah. Biodiesel hasil sintesis

dimurnikan menggunakan asam sitrat (kontrol) (Huaping et al. 2006) dan bentonit

yang diaktivasi asam (perlakuan) sebelum dilakukan analisis.

Analisis biodiesel untuk setiap contoh dilakukan dengan melarutkan 1,0 g

contoh biodiesel ke dalam 8 mL n-heksana dan 1 µL dari larutan ini disuntikkan

ke Kromatografi Gas Shimadzu-GC17A dengan ukuran kolom (3,0 m × 0,25

mm). Suhu oven dari GC diprogram 180°C (isotermal) selama 15 menit. Suhu

injektor dan detektor itu masing-masingnya adalah 280°C dan 250°C.

Kemurnian contoh biodiesel dihitung berdasarkan perbandingan luas FAME atas

standard (referensi) oleh persamaan berikut:

dimana kemurnian contoh biodiesel mengacu pada konversi dari minyak jarak

pagar ke fatty acid methyl ester (biodiesel).

68

Rancangan percobaan yang dipilih untuk penelitian ini adalah Central

Composite Design (CCD) yang membantu dalam penyelidikan pengaruh linear,

kuadrat dan lintas-efek produk dari variabel proses transesterifikasi (independen)

pada rendemen biodiesel jarak pagar (respon). CCD terdiri dari 20 run percobaan

dengan 6 ulangan pada titik pusat (centre point). Tiga peubah proses

transesterifikasi dipelajari adalah lama reaksi, nisbah metanol : minyak dan

jumlah katalis. Pada tabel 25 ditampilkan rentang dan taraf tiga peubah bebas

yang diteliti. Setiap respon dari proses transesterifikasi digunakan untuk

mengembangkan sebuah model matematis yang berkorelasi dengan rendemen

biodiesel jarak pagar menurut persamaan polynomial berikut,

di mana y adalah hasil perkiraan biodiesel jarak pagar, xi dan xj mewakili peubah-

peubah, ßj adalah efek linier, ßij adalah efek interaksi, ßjj adalah efek kuadratik.

Perangkat lunak Expert Design versi 6.0.6 (STAT-Ease Inc, Minneapolis,

USA) digunakan untuk analisis regresi dari data percobaan sesuai dengan

persamaan polinomial dan juga untuk evaluasi signifikansi statistik dari

persamaan yang dikembangkan.

Tabel 25 Peubah bebas dan taraf yang digunakan untuk CCD pada

transesterifikasi minyak jarak pagar ALB tinggi menggunakan katalis

CaO


-α -1 0 +1 +α

Lama reaksi X1 min 60 75 90 115 120

Nisbah

metanol/minyak

X2 mol

mol-1

5:1 7:1 9:1 11:1 13:1

Jumlah katalis X3 wt% 0.50 0.75 1 1,25 1,50

69

3.2.15 Pemurnian Biodiesel Hasil Sintesis

Pemurnian biodiesel dilakukan untuk menghilangkan ion kalsium yang

mengalami leaching ke dalam biodiesel (dekalsinasi). Dua puluh mililiter

biodiesel hasil sintesis dan bentonit (2,5%) yang telah diaktivasi ditambahkan ke

dalam erlemeyer 50 mL, dan campuran ini diaduk selama 15 menit. Setelah itu

dilakukan sentrifugasi pada kecepatan 3000 rpm selama 10 menit. Pada bagian

atas diperoleh cairan bening biodiesel yang sudah dimurnikan. Jumlah ion

kalsium yang masih tinggal dalam biodiesel dianalisis dengan menggunakan

metode spectrophotometric. Kurang dari 0,5 g contoh biodiesel di-digest dengan

hidrogen peroksida dan asam nitrat menggunakan MLS-120 Mega microwave

selama 18 menit. Contoh kemudian dianalisis dengan AAS (GBC 906 Elite).

Kinerja bentonit dievaluasi dengan menentukan perubahan konsentrasi ion

kalsium dalam biodiesel sebelum dan sesudah dekalsinasi.

�isbah dekalsinasi = (1- ion kalsium tersisa / total ion kalsium) × 100%

Rendemen biodiesel = (berat biodiesel murni/ berat biodiesel hasil

sintesis) × 100%

Ada enam perlakuan pemurnian biodiesel yang dibandingkan: (A) adsorpsi

dengan bentonit; (B) adsorpsi dengan bentonit yang diaktivasi dengan HCl; (C)

adsorpsi dengan bentonit yang diaktivasi dengan HCl dan dikalsinasi padai 500oC

(D) adsorpsi dengan bentonit yang diaktivasi dengan H2SO4; (E) adsorpsi dengan

bentonit yang diaktivasi dengan H2SO4 dan dikalsinasi pada suhu 500 oC dan (F)

asam sitrat sebagai pembanding.

3.2.16 Sifat Bahan Bakar

Sifat bahan bakar yang diuji yaitu densitas, kinematik viskositas, dan

bilangan asam biodiesel jarak pagar.

70

3.2.17 Produksi Biodiesel dari Jarak Pagar yang Mengandung ALB Rendah

Melalui Transesterifikasi Menggunakan Katalis CaO

Kombinasi Perlakuan. Penelitian ini menggunakan dua ulangan dengan

duapuluh kombinasi perlakuan seperti pada Tabel 26.

Tabel 26 Duapuluh kombinasi perlakuan produksi biodiesel melalui

transesterifikasi menggunakan katalis CaO

Berat Katalis Lama Reaksi (jam)

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

1,0% 1 2 3 4 5

1,5% 6 7 8 9 10

2,0% 11 12 13 14 15

2,5% 16 17 18 19 20

3.2.18 Produksi Biodiesel melalui Transesterifikasi In- situ

Daging biji jarak pagar yang sudah dihaluskan dengan blender (25 g)

dicampur dengan metanol (100-200 mL) di mana natrium hidroksida sudah

dilarutkan di dalam metanol dan campuran ini dipanaskan di bawah refluks

selama perlakuan. Proses alkoholisis dilakukan pada labu bulat berleher tiga

ukuran 500 mL yang sudah dihubungkan dengan kondensor refluks. Setelah

reaksi berlangsung sesuai dengan waktu yang ditetapkan, campuran reaksi ini di-

centrifuge pada kecepatan 3000 rpm selama 3 menit, kemudian disaring-hampa

menggunakan corong Buchner. Lapisan bawah adalah fasa gliserol dan metanol

dipisahkan di bawah kondisi hampa (10 ± 1 mmHg) pada 50oC. Lapisan metil

ester kemudian dicuci dengan air beberapa kali sampai pH air cucian mendekati

7,0 dan dikeringkan mengunakan magnesium sulfat anhidrat sebelum dianalisis.

Sementara itu bungkil selanjutnya dicuci dengan air.

71

Rancangan percobaan. Tabel ortogonal ini dirancang untuk melihat pengaruh

parameter, yaitu konsentrasi NaOH dalam metanol (mol/l), nisbah mol metanol /

minyak, suhu reaksi dan lama reaksi (Tabel 27).

Tabel 27 Rancangan ortogonal untuk transesterifikasi secara in-situ

Taraf

x1 ( Konsentrasi

NaOH dalam

metanol,

mol/l)

x2 (metanol:minyak,

mol/mol)

x3 (suhu reaksi, oC)

x4 (lama reaksi,

jam)

1 0,04 130:1 40 3

2 0,06 150:1 50 5

3 0,08 170:1 60 7

Berdasarkan hasil uji orthogonal ini, akan diketahui faktor yang berpengaruh

dalam proses transesterifikasi in-situ yang berguna untuk menentukan peubah

dalam rancangan percobaan untuk studi optimisasi. Rancangan percobaan yang

dipilih untuk studi optimisasi adalah central composite design (CCD) yang

membantu dalam menyelidiki pengaruh linear, kuadratik, kubik dan lintas-efek

dari empat peubah bebas proses transesterifikasi terhadap rendemen biodiesel

(respon). CCD terdiri dari 21 run percobaan dengan 7 ulangan pada titik pusat

(centre point). Empat peubah proses transesterifikasi dipelajari adalah suhu,

waktu reaksi, nisbah minyak untuk jumlah metanol dan katalis.

Tabel 28 menunjukkan peubah bebas dan taraf yang digunakan dalam

CCD. Setiap respon dari proses transesterifikasi digunakan untuk

mengembangkan sebuah model matematis yang berkorelasi dengan rendemen

biodiesel jarak pagar menurut persamaan polinomial,

dengan y adalah hasil perkiraan biodiesel jarak pagar, xi dan xj mewakili

variabel-variabel, ßj adalah efek linear, ßij adalah efek interaksi, ßjj adalah efek

kuadratik.

72

Kecocokan Model dan Analisis Statistik. Perangkat lunak Expert Design versi

6.0.6 (STAT-Ease Inc, Minneapolis, USA) digunakan untuk analisis regresi dari

data percobaan sesuai dengan persamaan polinomial dan juga untuk evaluasi

signifikansi statistik dari persamaan yang dikembangkan.

Tabel 28 Peubah bebas dan taraf yang digunakan dalam CCD untuk

transesterifikasi secara in-situ


-α -1 0 +1 +α

Katalis dalam

metanol

X1 mol mol-1

0.,06 0,07 0,08 0,09 0,10

Nisbah

Metanol/minyak

X2 mol mol-1

150:1 160:1 170:1 180:1 190:1

Lama Reaksi X3 jam 2 3 4 5 6

Suhu Reaksi X4 oC 40 45 50 55 60

3.2.19 Detoksifikasi

Perlakuan �atrium Hidroksida Diikuti oleh Pencucian dengan Air (Rakshit

et al. 2008). Bungkil jarak pagar diperlakukan dengan larutan 2% NaOH.

Alkali ini ditambahkan dalam perbandingan 1:1 (w/v) dicampur dengan baik

sampai menjadi pasta kental, ditutupi dengan aluminium foil dan disimpan selama

30 menit pada suhu kamar. Bahan ini di-autoclave pada suhu 121oC selama 30

menit. Contoh dimasukkan ke dalam air dengan nisbah 1:5 (b / v) dan diaduk

terus selama 1 jam dan disaring dengan kain tipis. Residu ditekan dan dikeringkan

pada 90 ± 5 oC, bubuk yang melewati saringan 60-mesh selanjutnya dianalisis.

Perlakuan �atrium Hidroksida Diikuti oleh Pencucian dengan Metanol dan

Air. Bungkil jarak pagar diperlakukan dengan larutan 2% NaOH. Alkali ini

ditambahkan dalam perbandingan 1:1 (w/v) dicampur dengan baik sampai

menjadi pasta kental, ditutupi dengan aluminium foil dan disimpan selama 30

73

menit pada suhu kamar. Campuran ini di-autoclave pada 121oC selama 30 menit.

Contoh dimasukkan ke dalam air dengan nisbah 1:5 (w/v) dan dan diaduk terus

selama 1 jam dan disaring di kain kain tipis untuk menghilangkan kelebihan

tannin, alkali dan bahan dapat larut. Residu di-press dan dikeringkan pada 90 ± 5

oC. Residu kering dimasukkan ke dalam metanol dalam nisbah 1:5 (w/v) dan

terus diaduk selama 1 jam dan disaring di kain kain tipis untuk menghilangkan

kelebihan forbol ester. Selanjutnya dicuci lagi dengan air dengan nisbah 1:5

(w/v). Residu ditekan dan dikeringkan pada 90 ± 5oC, bubuk yang melewati

saringan 60-mesh dianalisis lebih lanjut.

3.2.20 Analisis Zat Gizi Bungkil Jarak Pagar

Kandungan zat gizi bungkil jarak pagar masing-masing dianalisis dengan

metode AOAC 934.01; 988.05; 920.39, 942.05 dan 962.09 (AOAC, 2000),

berturut-turut untuk kadar air, protein (N x 6,25), lemak, abu dan serat kasar.

3.2.21 Diet dan Persiapannya

Pakan komersial (Barastoc, Ridley AgroProduct Pty, Ltd Australia)

merupakan diet kontrol. Sementara bungkil jarak pagar dijadikan sebagai

substitusi pada diet sebesar 16%. Semua formula diet ditampilkan pada Tabel 29.

3.2.22 Rancangan Kandang untuk Hewan Percobaan

Dua puluh tujuh ekor tikus jantan (umur 28 hari) yang diperoleh dari

fasilitas rumah hewan Universiti Kebangsaan Malaysia digunakan dalam

penelitian ini. Tikus-tikus jenis Sprague Dauley dengan berat tubuh awal 96,20

± 2,84 g itu disimpan di kandang individu stainless steel (Lampiran 10) diberi

makan diet normal selama 3 hari untuk aklimatisasi sebelum perlakuan. Tikus

tersebut ditempatkan di sebuah ruangan yang suhunya dijaga pada suhu 25 ± 2

oC dengan siklus terkena cahaya dan gelap, masing-masing 12 jam. Berat tubuh

awal dari tikus dicatat pada awal dan pada akhir percobaan. Asupan makanan

dianggap sebagai jumlah total yang dikonsumsi setiap hari oleh setiap tikus, dan

itu ditentukan dengan menimbang jumlah makanan yang diberikan dikurangi

dengan makanan yang tumpah. Hari kematian tikus setelah asupan makanan

74

juga dicatat. Teknik biologis digunakan untuk menghitung Nisbah Efisiensi

Protein (PER) dan indeks transformasi (TI) (Aregheore et al. 2003):

Percobaan Hewan dilakukan berdasarkan pedoman etika yang ditetapkan

oleh komite untuk tujuan pengendalian dan pengawasan percobaan pada hewan

oleh Universitas Kebangsaan Malaysia Nomor Persetujuan :

FST/SCSFT/2009/SALIMON/20-OCTOBER/280-OCTOBER-2009-December-

2009, tanggal 22 Oktober 2009 (Lampiran 11).

75

Tabel 29 Persentase komposisi diet yang digunakan dalam percobaan

Kode Diet yang diberikan Substitusi

bungkil jarak (%)

Pakan

komersial (%)

A Diet pakan normal (kontrol) 0 100

B Bungkil jarak ALB rendah, setelah transesterifikasi

in-situ (ALB rendah-bungkil-insitu)

16 84

C Bungkil jarak ALB rendah, setelah pengempaan mekanis (ALB rendah -bungkil-ME)

16 84

D Bungkil jarak ALB rendah, setelah ekstraksi pelarut

heksan (ALB rendah -bungkil-SE)

16 84

E Bungkil jarak ALB tinggi, setelah pengempaan

mekanis (ALB tinggi-bungkil -ME)

16 84

F Bungkil jarak ALB tinggi, setelah ekstraksi pelarut

heksan (ALB rendah -bungkil -SE)

16 84

G Bungkil jarak ALB rendah-2% NaOH, diautoklaf

15menit, diikuti dengan pencucian dengan air (ALB rendah -bungkil -NaOH)

16 84

H Bungkil jarak ALB tinggi -2% NaOH, diautoklaf

15menit, diikuti dengan pencucian dengan air (ALB

tinggi -bungkil -NaOH)

16 84

I Bungkil jarak ALB tinggi -2% NaOH, diautoklaf

15menit, diikuti dengan pencucian metanol dan air.

(ALB tinggi-bungkil -NaOH-MeOH-air)

16 84

3.3 Hasil dan Pembahasan

3.3.1 Sifat Fisik

Sifat fisik dari minyak jarak yang diekstraksi dari biji yang berbeda yaitu

asal Bangi dan Lampung diberikan pada Tabel 30. Kandungan minyak yang

diperoleh dari benih-benih negara lain terletak pada kisaran 47,7%-48,37%.

Kandungan minyak jarak pagar Bangi lebih tinggi dibandingkan dengan

Lampung. Rendemen minyak yang diamati dalam kasus jarak pagar ditemukan

lebih tinggi daripada minyak nabati lainnya seperti biji rami (33,33%), kedelai

(18,35%), minyak sawit (44,6%) dan biji bunga matahari (32-37,5%) (Gunstone

76

1994; Majer et al. 2009). Tingginya kandungan minyak dalam biji jarak pagar

telah menarik perhatian para ilmuwan untuk mengeksplorasi minyak jarak sebagai

salah satu bahan baku biodiesel dan juga sebagai bahan dalam industri oleokimia.

Tabel 30 Sifat fisik minyak jarak dari dua sumber yang berbeda

Parameter Bangi,

Malaysia

Lampung,

Indonesia

Pustaka Pembanding

Kandungan minyak (%) 48,37 47,70 47,25 (Akintayo

2004)

Densitas at 28C� 0,88 0,92 0,92 (Kumar and

Sharma 2008)

Indeks refraksi 1,47 1,46 1,47 (Salimon and

Abdullah 2008)

Viskositas (cSt) (27-

28C�)

48±1 53±1 49,93 (Kumar and

Sharma 2008)

Kemampuan cairan apapun untuk dipompa dan mengalir dalam suatu mesin

ditentukan oleh viskositasnya. Viskositas minyak jarak pagar dari Lampung (53

cSt) lebih tinggi dibandingkan dengan dari Bangi (48 cSt). Densitas minyak jarak

pagar dari Indonesia (0,92) juga lebih tinggi dibandingkan dengan minyak jarak

Malaysia (0,88). Perbedaan ini diduga disebabkan oleh tingginya asam lemak

jenuh pada minyak jarak yang berasal dari Lampung disamping komponen

pengotor lainnya. Menurut S�I 04-182-2006 viskositas kinematik yang memenuhi

syarat untuk dijadikan biodiesel adalah 2,3-6,0 cSt. Knothe et al. (2005)

mengatakan salah satu metode yang efisien untuk mengurangi viskositas minyak

nabati sehingga ia cocok sebagai biodiesel adalah transesterifikasi.

3.3.2 Sifat Kimia

Sifat kimia dari minyak jarak pagar yang diekstraksi dari biji yang berbeda

yaitu asal Bangi dan Lampung diberikan pada Tabel 31. Bilangan iod adalah

ukuran tingkat ketidakjenuhan dalam lemak dan minyak. Tingginya nilai iod

77

merupakan indikasi adanya tingkat ketidakjenuhan yang tinggi dalam minyak

(Knothe 2003, Salimon and Abdullah 2008). Bilangan iod minyak jarak pagar

Malaysia (103,06) lebih besar daripada bilangan iod minyak jarak Indonesia

(99,77). Nilai iod yang tinggi dari minyak jarak ini disebabkan oleh adanya

jumlah asam lemak tak jenuh yang tinggi seperti asam oleat dan linoleat (Tabel

31). Minyak jarak pagar dari Bangi memiliki kandungan asam lemak tak jenuh

yang tinggi (78,92%) diikuti oleh Lampung (77,94%). Bilangan iod dari kedua

jenis minyak jarak dalam kisaran nilai kurang dari 120 (seperti yang ditentukan

dalam EN14214) yang merupakan indikasi potensi minyak jarak untuk digunakan

sebagai bahan baku biodiesel (Mittelbach and Remschmidt 2004).

Tabel 31 Sifat kimia minyak jarak pagar Malaysia dan Indonesia

Parameter Bangi,

Malaysia

Lampung,

Indonesia

Bilangan Iod 103,06 99,77

Asam Lemak Bebas (%) 1,68 6,99

Bilangan Penyabunan 197,8 183,2

Bilangan tidak tersabunkan 1,99 2,10

Asam lemak tidak jenuh (%) 78,92 77,94

Kandungan ALB memiliki korelasi dengan keberadaan asam lemak tak

jenuh ganda (Emil et al. 2010). Pada Tabel 32 dapat dilihat bahwa minyak jarak

pagar dari Lampung memiliki kandungan tinggi asam lemak tak jenuh ganda

(33,1%) diikuti oleh Bangi (31,84%). Menurut Leung et al. (2010), jumlah ALB

maksimum yang dapat diterima dalam sistem yang menggunakan katalis basa

adalah dibawah 2,5 %. Minyak dengan kandungan ALB yang rendah dapat

diproses menjadi biodiesel secara langsung melalui reaksi transesterifikasi satu

tahap menggunakan katalis basa. Sementara itu minyak dengan ALB yang tinggi

perlu perlakuan pendahuluan atau reaksi esterifikasi. Hal ini dilakukan untuk

menghindari terbentuknya sabun akibat reaksi antara ALB dengan alkali. Sabun

78

akan menurunkan hasil biodiesel, menyulitkan pemisahan metil ester dengan

gliserol (Gerpen et al. 2004).

Bilangan penyabunan minyak jarak pagar untuk Bangi dan Lampung

adalah 197,8 dan 183,2 masing-masingnya. Bilangan penyabunan yang tinggi

menunjukkan bahwa, minyak jarak pagar memiliki trigliserida normal dan

berguna dalam produksi cairan sabun dan sampo (Gunstone 2004). Kandungan

ALB minyak jarak yang berasal dari Lampung (6,99%) yang tinggi lebih itnggi

daripada yang berasal dari Bangi (1,68%).

3.3.3 Komposisi Asam Lemak

Tabel 32 menunjukkan komposisi asam lemak dari minyak jarak pagar.

Profil asam lemak hasil analisis GC dapat dilihat pada gambar Lampiran 12.

Asam lemak yang paling banyak adalah asam lemak tak jenuh mono (asam oleat)

dan asam lemak tak jenuh ganda (asam linoleat). Minyak jarak pagar dari

Lampung memiliki persentase asam linoleat (33,1%) lebih tinggi dibandingkan

dengan minyak jarak dari Bangi (31,85%). Asam oleat ditemukan lebih tinggi

pada kedua minyak biji jarak pagar yang diteliti dibandingkan dengan minyak

nabati lainnya seperti minyak sawit (39,2%), bunga matahari (21,1%) dan minyak

kedelai (23,4%) (Edem 2002). Minyak nabati yang ideal untuk bahan baku

biodiesel harus mempunyai jumlah asam lemak tak jenuh mono yang lebih besar

daripada asam lemak tak jenuh ganda. Jumlah asam lemak tak jenuh ganda tinggi

cenderung memperlihatkan stabilitas oksidasi yang buruk dan mungkin tidak

dapat digunakan pada suhu rendah karena memiliki titik tuang yang tinggi

(Knothe 2002). Secara umum, minyak dari biji jarak Bangi telah menunjukkan

jumlah tidak jenuh yang lebih tinggi (78,92%) dibandingkan dengan jarak pagar

dari Lampung (77,94%) dan variasi jumlah asam lemak tak jenuh ganda

(Lampung lebih besar) dan mono (Bangi lebih tinggi). Perbedaan ini diduga

disebabkan oleh perbedaan agroklimat tempat tumbuhnya tanaman jarak pagar

(Herrera et al. 2006).

79

Tabel 32 Komposisi asam lemak minyak jarak pagar

Komposisi Bangi,

( Malaysia)

Lampung,

(Indonesia)

1-Asam palmitat (C16:0)

2-Asam palmitoleat (C16:1)

3-Asam stearat (C18:0)

4-Asam oleat (C18:1)

5-Asam linoleat (C18:2)

13,92

0,64

7,16

46,43

31,85

14,9

0,78

7,16

43,47

33,1

Asam lemak jenuh 21,08 22,06

Asam lemak tidak jenuh 78,92 77,94

3.3.4 Kandungan Gizi dan Forbol Ester

Kandungan gizi yang meliputi protein, lemak, abu, serat kasar dan

karbohidrat serta kandungan racun forbol ester bungkil jarak pagar dapat dilihat

pada Tabel 33. Bungkil jarak hasil ekstraksi secara mekanis (41,07% dan

41,67%) memiliki kandungan protein yang relatif sama dibandingkan dengan

kandungan protein bungkil kedele (40-45%) (Widodo 2008). Namun demikian,

kandungan protein bungkil kedele setelah semua lemaknya dihilangkan sebesar

62% (Herrera et al. 2006) lebih besar daripada kandungan protein bungkil jarak

hasil ekstraksi mekanis (41%). Hal ini disebabkan karena masih banyaknya lemak

yang tersisa pada bungkil jarak (29,01% untuk jarak Bangi dan 27,25% untuk

jarak Lampung). Willems et al. (2008) menyarankan untuk malakukan ekstraksi

minyak dengan metode GAME (Gas Assisted Mechanical Extraction) yang dapat

menghasilkan minyak 30% lebih banyak dibandingkan dengan metode kempa

konvensional. Pada proses GAME ini, CO2 dilarutkan pada minyak yang

dikandung biji sebelum dilakukan pengepresan. Menurut Venter et al. (2006).

Banyaknya CO2 yang larut di dalam minyak akan membantu menurunkan

viskositas dari minyak. Dengan demikian rendemen minyak akan meningkat

ketika dilakukan pengepresan. Metode GAME ini juga memberikan keuntungan

80

dibandingkan dengan metode konvensional dimana tekanan yang diperlukan

ketika dilakukan pengepresan juga menjadi lebih rendah (Willems et al. 2008).

Tabel 33 Kandungan gizi dan forbol ester bungkil jarak pagar setelah esktraksi

secara mekanis

Kandungan

(%)

Daging biji segar kupas Bungkil daging biji

setelah dikempa mekanis

Bangi,

Malaysia

Lampung,

Indonesia

Bangi,

Malaysia

Lampung,

Indonesia

Protein 23,61 23,4 41,67 41,07

Lemak 59,80 58,8 29,01 27,25

Abu 4,42 5,1 7,77 8,94

Serat Kasar 2,31 2,3 4,06 4,06

Karbohidrat 5,74 6,01 10,07 10,41

Forbol ester (mg/g) 6,55 6,87 6,23 6,51

Kandungan komponen racun forbol ester bungkil jarak Lampung lebih besar

dibandingkan bungkil jarak pagar dari Bangi. Kedua jenis jarak pagar ini

memiliki kandungan forbol ester yang lebih tinggi dari pada bungkil jarak dari

daging biji jarak pagar varitas Cape Verde (2,70 mg/g, varitas �icaragua

(2,17mg/g) dan varitas tidak beracun Mexico (0,11mg/g) (Makkar dan Becker

1997) serta varitas India (6,05mg/g) (Gaur 2009). Agar bungkil jarak tersebut

dapat dikonsumsi oleh ternak, maka perlu dilakukan detoksifikasi (Aregheore et

al. 2003). Barangkali tingginya kandungan forbol ester dalam penelitian ini

disebabkan oleh karena perbedaan proses ekstraksi minyak, dimana bungkil yang

berasal dari biji jarak yang diekstrak menggunakan pelarut, kandungan forbol

esternya lebih rendah (Gaur 2009).

3.3.5 Produksi Biodiesel dari Minyak Jarak yang Mengandung ALB Tinggi

Pada dasarnya pembuatan biodiesel adalah transesterifikasi trigliserida dan

esterifikasi asam lemak bebas (Gerpen et al. 2004). Itulah sebabnya untuk minyak

81

yang mengandung ALB tinggi proses reaksinya berlangsung 2 tahap, yaitu

esterifikasi yang merupakan reaksi antara ALB dengan metanol dengan katalis

asam dan transesterifikasi yang merupakan reaksi antara trigliserida dengan

metanol menggunakan katalis basa (Gerpen et al. 2004, Leung et al. 2010).

Pada penelitian ini proses esterifikasi menggunakan Bentonit-HCl sebagai

katalis heterogen. Hasil penelitian Nazir et al. (2009a) menunjukkan bahwa

bentonit yang diaktivasi dengan HCl tanpa perlakuan kalsinasi berpotensi sebagai

katalis untuk esterifikasi minyak jarak pagar. Katalis heterogen Bentonit-HCl ini

dibandingkan dengan katalis homogen konvensional yang menggunakan H2SO4

sebagai katalis (Tiwari et al. 2007). Katalis yang terbaik akan dipilih sebagai

katalis yang digunakan untuk proses esterifikasi sebelum selanjutnya dilakukan

transesterifikasi.

Proses transesterifikasi minyak jarak pagar dilakukan menggunakan katalis

CaO sebagai perlakuan utama. Sebagai pembanding dilakukan transesterifikasi

menggunakan katalis NaOH (Tiwari et al. 2007).

3.3.5.1 Optimisasi Proses Esterifikasi Menggunakan Katalis Bentonit-HCl

Susunan CCD dan respon bilangan asam terhadap variabel proses

esterifikasi dapat dilihat pada Lampiran 14. Sementara itu ANOVA pengaruh

esterifikasi menggunakan katalis heterogen Bentonit-HCl terhadap konversi

bilangan asam setelah eliminiasi peubah yang tidak nyata dilampirkan Lampiran

15. Dari Lampiran 15 dapat diketahui bahwa dosis katalis (x1), lama reaksi (x2)

dan nisbah metanol:minyak (x3) berpengaruh terhadap konversi bilangan asam

pada proses esterifikasi minyak jarak pagar. Persamaan Model Regresi untuk

esterifikasi menggunakan bentonit-HCl dan koefisien regresi setelah eliminasi

faktor-faktor yang tidak nyata adalah:

Konversi =

-332,70 +48,58 x1 +68,25 x2 +17,45 x3 -7,02 x12 - 6,42x2

2 – 0,39 x32

R2 = 0,93

Persamaan regresi di atas menunjukkan pengaruh liniear dan kuadratik pada

peubah reaksi esterifikasi. Titik optimal dari persamaan itu adalah pada dosis

82

katalis bentonit-HCl sebesar 3,84%, waktu reaksi selama 4,88 jam dan nisbah

molar metanol:minyak (15:1), pada suhu reaksi 65oC. Pada Gambar 16

ditunjukkan nilai percobaan dan nilai prediksi menggunakan model persamaan

yang dikembangkan yang menunjukkan bahwa persamaan model regresi

memberikan penjelasan yang akurat terhadap data percobaan. Hal ini

mengindikasikan bahwa model berhasil menangkap hubungan antara tiga peubah

esterifikasi terhadap konversi bilangan asam.

72,1755,0637,5620,253,75

Konversi Bilangan Asam Aktual Berdasarkan Percobaan (%)

Konversi Bilangan Asam Perkiraan Berdasarkan Persamaan (%)

72,17

55,06

37,56

20,25

3,75

Gambar 16 Hubungan nilai aktual dan nilai perkiraan konversi bilangan asam

pada esterifikasi menggunakan katalis Bentonit-HCl berdasarkan

model regresi yang dikembangkan

Hasil optimasi menunjukkan bahwa katalis heterogen Bentonit-HCl

mencapai titik optimal sebagai katalis pada dosis sebesar 3,84%, waktu reaksi

4,88 jam dan nisbah molar metanol:minyak (15:1), pada suhu reaksi 65oC. Tiwari

et al. (2007) menggunakan katalis H2SO4 dalam reaksi esterifikasi, mencapai titik

optimal pada lama reaksi 88 menit, konsentrasi katalis sebesar 1,43% v/v dan

nisbah metanol:minyak 0,28 v/v (ekuivalen dengan 7:1) pada suhu reaksi 60oC.

83

Dilihat dari jumlah metanol yang digunakan, lama reaksi dan jumlah katalis yang

digunakan, maka katalis homogen lebih unggul dibandingkan dengan katalis

heterogen. Berdasarkan keunggulan tersebut, maka untuk proses yang akan

dikembangkan adalah menggunakan katalis homogen dalam reaksi esterifikasi.

3.3.5.2 Optimisasi Proses Transesterifikasi Menggunakan Katalis CaO

Susunan CCD dan respon konversi biodiesel terhadap variabel proses

transesterifikasi menggunakan katalis heterogen CaO dapat dilihat pada Lampiran

16. Sementara itu ANOVA pengaruh transesterifikasi menggunakan katalis CaO

terhadap konversi biodiesel setelah eliminiasi peubah yang tidak nyata

ditampilkan ada Lampiran 17.

Persamaan model regresi untuk transesterifikasi menggunakan katalis

heterogen CaO dan koefisien regresi setelah eliminasi faktor-faktor yang tidak

nyata adalah:

Konversi (%) = 15,87+27,45x2 -166,66x3 -2,33x2

2+21,71x2 x3,

R2 = 0,96

Persamaan regresi di atas menunjukkan pengaruh liniear dan kuadratik pada

peubah reaksi transesterifikasi yang dikaji. Titik optimal dari model persamaan

regresi setelah dilakukan tiga kali verifikasi di laboratorium adalah: waktu reaksi

selama 81,73 menit, nisbah molar metanol: minyak (10,41:1), dan jumlah katalis

sebesar 0,91%. Reaksi berlangsung pada suhu 65oC. Dibandingkan dengan hasil

yang diperoleh Tiwari et al. (2007) yang menggunakan katalis NaOH (lama reaksi

24 menit), lama reaksi menggunakan katalis CaO lebih besar. Menurut Liu et al

(2008), kecepatan reaksi ditentukan oleh reaksi permukaan dan transfer massa.

Katalis heterogen CaO yang memiliki permukaan yang lebih kecil dibandingkan

dengan katalis homogen menyebabkan reaksinya lebih lambat karena umumnya

reaksi transesterifikasi berlangsung pada permukaan (Liu et al. 2008). Walaupun

demikian, kondisi ini dapat ditutupi dengan lebih baiknya kualitas gliserol pada

reaksi yang menggunakan katalis heterogen dan lebih mudahnya proses

pemurnian biodiesel (Kawashima et al. 2008; Liu et al. 2008; Sharma et al. 2008).

84

Pada Gambar 17 ditunjukkan nilai percobaan dan nilai prediksi

menggunakan model persamaan yang dikembangkan yang menunjukkan bahwa

persamaan model regresi memberikan penjelasan yang akurat terhadap data

percobaan. Hal ini mengindikasikan bahwa model berhasil menangkap hubungan

antara tiga peubah transesterifikasi terhadap konversi biodiesel.

Gambar 17 Hubungan nilai aktual dan nilai perkiraan konversi biodiesel

menggunakan katalis CaO berdasarkan model regresi yang

dikembangkan

3.3.5.3 Pengaruh Peubah Proses Transesterifikasi

Dari Lampiran 17 dapat dilihat bahwa diantara tiga peubah transestrifikasi

yang dipelajari, nisbah molar metanol/minyak (x2) memiliki pengaruh paling

besar terhadap hasil konversi biodiesel jarak pagar (disebabkan oleh nilai F paling

besar), diikuti oleh jumlah katalis (x3). Sebaliknya lama reaksi (x1) memberikan

pengaruh yang tidak nyata. Lama reaksi yang lebih panjang tidak memberikan

pengaruh yang nyata sampai taraf maksimum reaksi sudah tercapai.

Hasil pada Lampiran 17 menunjukkan bahwa ada kemungkinan untuk

meningkatkan hasil biodiesel dengan pemilihan peubah transesterifikasi yang

85

tepat menggunakan CaO sebagai katalis terutama nisbah volume metanol:minyak.

Menurut Liu et al. (2008), nisbah volume metanol:minyak merupakan faktor

penting yang mesti diperhatikan dalam keberhasilan reaksi transesterifikasi.

Nisbah volume yang kecil menyebabkan reaksi tidak berlangsung sempurna.

Sementara itu nisbah yang terlalu besar menyebabkan akan menghalangi akses

molekul gliserida terhadap tapak aktif dari katalis. Kemampuan CaO sebagai

katalis pada transesterifikasi minyak jarak pagar ini disebabkan sifat kebasaan dari

katalis ini seperti yang ditunjukkan oleh data pada Lampiran 9.

Terdapat interaksi yang nyata antara peubah x2 dan x3. Gambar 18 dan 19

menunjukkan perubahan pada konversi biodiesel dengan bervariasinya nisbah

metanol: minyak pada dosis katalis 0,75% dan 1,25%. Seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 18 dan 19, pada nisbah metanol:minyak yang lebih kecil

memperlihatkan hasil yang lebih rendah. Dosis katalis 0,75% menunjukkan hasil

yang lebih rendah dibandingkan dengan dosis katalis sebesar 1,25%.

Gambar 18 Gambar respon permukaan pengaruh nisbah metanol:minyak dan

jumlah katalis terhadap konversi minyak jarak pagar menjadi

biodiesel

86

C : Amount o f c at aly s t

Interaction Graph

B: rat io met hanol/o il

Conversion

7. 00 8.00 9. 00 10.00 11.00

22.62

42.0535

61.487

80.9204

100.354

C -

C+

0.75%

1.25%

Figure 3

B: Nisbah Metanol/minyak

Konversi Biodiesel

Jumlah Katalis

Grafik Interaksi

Gambar 19 Gambar dua dimensi pengaruh nisbah metanol:minyak dan

jumlah katalis terhadap konversi minyak jarak pagar menjadi

biodiesel

3.3.5.4 Pemurnian Biodiesel menggunakan Bentonit sebagai Adsorben

Beberapa kation tetap berada di dalam produk, ketika katalis basa digunakan

dalam pembuatan biodiesel. Larutan asam biasanya diadopsi untuk membuang

kation-kation dan senyawa-senyawa polar dari biodiesel. Disebabkan pencucian

menggunakan air tidak sesuai untuk pemurnian biodiesel, pada penelitian ini

digunakan bentonit (2,5%) sebagai agen pengomplek untuk menghilangkan ion

kalsium yang leaching ke dalam biodiesel. Hasil pemurnian dengan beberapa

perlakuan bentonit pada Tabel 34 memperlihatkan bahwa pemurnian biodiesel

menggunakan bentonit yang diaktivasi dengan H2SO4 memiliki kemampuan yang

sama dengan asam sitrat yang biasa digunakan oleh Huaping et al. (2006). Hal

ini diduga disebabkan oleh karena keasaman yang dimiliki adsorben ini lebih

sesuai dalam menyerap ion kalsium yang ada di dalam biodiesel.

Sementara itu sifat bahan bakar biodiesel dari minyak jarak pagar yang

ditransesterifikasi menggunakan katalis CaO dan dimurnikan menggunakan

bentonit yang diaktivasi asam dapat dilihat pada Tabel 35.

87

Tabel 34 Efisisiensi dekalsinasi dari berbagai metode pemurnian

Metode pemurnian Residu

Ca2+

(ppm)

Efisiensi

Dekalsinasi

(%)

Rendemen (%)

Bentonit yang diaktivasi dengan

H2SO4-

92,37 a

94,57 a

92,50a

Asam Sitrat 93,49 a 93,51

a 92,27

a

Bentonit yang tidak diaktivasi 112,37 b 93,46

a 91,69

ab


HCl

213,88 c 88,46

b 85,30

c


HCl-dan dikalsinasi

290,58 e 85,49

c 80,38

e


H2SO4-dan dikalsinasi

272,57 d 83,67

d 81,20

d

Kontrol 1666,67 f

Angka yang diikuti dengan huruf yang dalam kolom yang sama tidak berbeda secara nyata

menurut uji Duncan (p≤0.05). Rancangan percobaan yang digunakan adalah RAL (Rancangan

Acak Lengkap)

Tabel 35 Sifat bahan bakar biodiesel jarak pagar setelah transesterifikasi

menggunakan katalis CaO dan dimurnikan dengan bentonit

Karakteristik Satuan Minyak setelah

esterifikasi

Biodiesel Jarak

pagar

SNI 04-7182-2006

Densitas kg/m-3

950 871 850-890

Viskositas mm2s

-1 25,3 4,80 2,3-6,0

Bilangan Asam mg

KOH/g

0,78 0,42 Max 0,80

88

Walaupun viskositas biodiesel yang dihasilkan ini sedikit lebih besar dari pada

Chitra et al. (2005), namun biodiesel jarak pagar ini telah memenuhi standar

terbaru untuk biodiesel menurut SNI 04-7182-2006 pada beberapa sifat seperti

densitas, viskositas, dan bilangan asam. Dari beberapa sifat dasar biodiesel ini

sudah diperoleh gambaran bahwa biodiesel yang dihasilkan sudah memenuhi

standar untuk biodiesel.

3.3.5.5 Perbandingan antara Studi Sebelumnya dengan Penelitian ini

Kouzu et al. (2008) secara detail menjelaskan mekanisme transesterifikasi

menggunakan katalis padat CaO (Gambar 20). Abstraksi proton dari metanol

oleh tapak basa untuk membentuk anion metoksida adalah langkah pertama

dari reaksi transesterifikasi. Anion metoksida menyerang karbon karbonil pada

molekul trigliserida, yang mengarah ke pembentukan intermediet alkoksikarbonil.

Kemudian, intermediet alkoksikarbonil membagi menjadi dua molekul: FAME

(biodiesel) dan anion digliserida. Menurut Kouzu et al. (2008), reaksi

nukleofilik ini dipercepat dengan jalan meningkatkan sifat basa dari katalis.

Pada Tabel 36 ditampilkan rangkuman dari publikasi penelitian terdahulu

berkenaan dengan penggunaan katalis CaO dalam transesterifikasi berbagai

sumber minyak nabati dibandingkan dengan penelitian dalam laporan ini.

Huaping et al. (2006) menggunakan CaO yang diaktivasi selama 1,5 jam pada

suhu 900oC sebelum transesterifikasi menghasilkan rendemen biodiesel jarak

pagar 93%. Dibandingkan dengan Huaping et al. (2006), penelitian yang

dilakukan pada laporan ini lebih baik, dimana rendemen yang dihasilkan adalah

94,85% dengan waktu reaksi yang lebih singkat. Tingginya rendemen itu

barangkali disebabkan oleh nisbah molar metanol:minyak yang lebih tinggi seperti

yang ditunjukkan oleh beberapa literatur (Zabeti et al. 2009; Kouzu et al. 2008;

Liu et al. 2008a; Albuquerque et al. 2008; Wen et al. 2010). Nisbah molar

metanol:minyak yang rendah (Kawashima et al. 2009) dan jumlah katalis yang

rendah (Alonso et al. 2009) menyebabkan rendemen yang dihasilkan juga lebih

rendah.

Puncak kalsium oksida tidak terdeteksi pada contoh yang terkena udara

selama lebih dari 20 hari. Ini berarti bahwa tapak permukaan aktif CaO telah

89

dirusak oleh kehadiran CO2 dan ditutupi dengan kehadiran H2O (Zabeti et al.

2009). Untuk menghindari pengurangan aktivitas katalitik CaO, perlakuan panas

pada suhu 700 °C diperlukan untuk mendesorb CO2 sebelum digunakan dalam

reaksi (Zabeti et al. 2009). Hal inilah yang mendasari kenapa seluruh literatur

yang dirujuk melakukan aktivasi CaO sebelum dilakukan transesterifikasi seperti

pada penelitian ini.

Gambar 20 Jalur reaksi transesterifikasi trigliserida dengan metanol

menggunakan katalis CaO (Kouzu et al. 2008)

90

Tabel 36 Perbandingan antara studi transesterifikasi menggunakan katalis CaO sebelumnya dengan penelitian ini

Rujukan Katalis Perlakuan Sumber Kondisi Reaksi Rendemen

Huaping et al.

(2006)

CaO CaO direndam dengan larutan

ammonium karbonat dan

dikalsinasi pada suhu 900oC selama

1,5 jam

Jarak pagar Nisbah metanol:minyak (9:1),

reaksi 2,5 jam, jumlah katalis

1,5%, 70oC

93%

Demirbas

(2007)

CaO CaO dicampur metanol dan diaduk

dengan sangat kuat sebelum

dilakukan transesterifikasi

Biji bunga

matahari

Kondisi metanol super kritis:

Suhu reaksi 252oC, lama reaksi

6 menit, jumlah katalis 3 wt%

CaO dan nisbah

metanol:minyak (41:1)

96%

Zabeti et al.

(2009)

CaO/Al2O3 CaO disupport oleh Al2O3 Kelapa

sawit

Jumlah katalis optimum adalah

5.97 wt.%, Nisbah

metanol:minyak ( 12,14:1) ,

suhu reaksi 64.29 °C; reaksi

5 jam

98.64%.

Kouzu et al.

(2008)

CaO CaO diperoleh dari pembakaran

batu kapur selama 1,5 jam pada

suhu 900oC dialiri dengan Helium

Kedele Nisbah metanol:minyak (12:1),

reaksi 1 jam, jumlah katalis 14

mmol, 65oC

93%,

Liu et al.

(2008a)

CaO Katalis dipanaskan pada suhu

120oC selama 12 jam, dan

kemudian dikalsinasi pada suhu

550 oC selama 5 jam.

Kedele Jumlah katalis 8,0wt%, Nisbah

metanol:minyak ( 12:1), suhu

reaksi 65 °C; lama reaksi 3

jam

95%

Albuquerque et

al. (2008)

CaO CaO disupportkan pada mesoporous

silica SBA-15. Katalis diaktifkan

selama 1jam, pada suhu 800oC

sebelum transesterifikasi

Bunga

matahari dan

castor

Jumlah katalis 1,0wt%, Nisbah

metanol:minyak (12:1), suhu


jam

95% (5 jam)

65.7% (1 jam)

91

Kawashima et

al . (2009)

CaO CaO dengan kemurnian 99% diaktivasi dengan metanol pada suhu 25oC

selama 1,5 jam sebelum

transesterifikasi

rapeseed Nisbah metanol:minyak (6:1),

reaksi 3 jam, jumlah katalis

0.67%, suhu 65oC

87%, tanpa

aktivasi

92%, dengan

aktivasi

Granados et al.

(2007)

CaO Kemurnian katalis 99,9%, aktivasi

dilakukan dengan melakukan

outgassing selama 2 jam pada suhu

700oC (kecapatan pemanasan = 5 K

min_1

).

Biji bunga

matahari

Nisbah metanol:minyak (13:1),

90 menit, jumlah katalis 1,0%,

suhu reaksi 60oC

94%

Alonso et al.

.(2009)

Li/CaO CaO dengan kemurnian 99,9%.

Lithium disupportkan pada CaO.

Katalis diaktifkan pada suhu 500oC

selama 2 jam.

Biji bunga

matahari

Jumlah katalis 0,2wt%, Nisbah



jam

92%

Wen et al.

(2010)

KF/CaO KF disupportkan pada CaO, dioven

pada suhu 105oC selama 4-6 jam

diikuti dengan kalsinasi 2–4 jam pada

suhu 750 oC.

Chinese

tallow

seed

Jumlah katalis 4%wt%, Nisbah


reaksi 65 °C; lama reaksi 2,5

jam

96%

Penelitian ini

(2010)

CaO CaCO3 dikalsinasi pada suhu 900oC

selama 1,5 jam dan CaO yang dihasilkan disimpan di dalam desikator

yang mengandung silika gel dan pelet

KOH untuk menghilangkan H2O dan

CO2

Jarak pagar Jumlah katalis 0,91wt%,

Nisbah metanol:minyak

( 10,41:1), suhu reaksi 65 °C;

lama reaksi 2 jam 81,73 menit,

94,85%

92

3.3.6 Produksi Biodiesel dari Minyak Jarak yang Mengandung ALB

Rendah

3.3.6.1 Transesterifikasi Minyak Jarak yang Mengandung ALB Rendah

dengan Katalis Heterogen CaO

Pada Gambar 21 diperlihatkan hubungan antar lama reaksi transesterifikasi

terhadap konversi minyak jarak pagar menjadi biodiesel pada beberapa dosis

katalis CaO. Aktivitas katalitik dari CaO semakin besar dengan semakin

tingginya dosis katalis. Lama reaksi juga memperlihatkan kecenderungan

meningkatkan rendemen biodiesel. Semakin lama reaksi menghasilkan rendemen

biodiesel yang semakin besar. Namun demikian pada dosis katalis 2,5% terlihat

bahwa penambahan waktu reaksi setelah 2 jam reaksi tidak meningkatkan jumlah

rendemen. Diduga pada saat itu sudah tercapai kesetimbangan reaksi, sehingga

penambahan waktu tidak berpengaruh terhadap konversi minyak jarak pagar

menjadi biodiesel. Variabel penting yang mempengaruhi keberhasilan proses

transesterifikasi adalah: suhu reaksi, nisbah molar alkohol dan minyak, katalis,

lama reaksi, kehadiran air, asam lemak bebas, dan intensitas pengadukan (Ma et

al. 1999; Srivastava and Prasad 2000; Caili and Kusefoglu 2008; Akgun and

Iscan 2008).

Gambar 22 juga menunjukkan bahwa konversi minyak jarak pagar menjadi

biodiesel sudah mencapai kesetimbangan setelah reaksi berlangsung selama 2 jam

apabila dosis katalis yang digunakan adalah 2,5%. Walaupun Chitra et al. (2005)

menghasilkan rendemen biodiesel jarak pagar mencapai 98% menggunakan

katalis homogen NaOH, namun hasil yang diperoleh dalam penelitian ini lebih

baik daripada Huaping et al. (2006) yang menghasilkan rendemen biodiesel jarak

pagar sebesar 93%. Kalau dibandingkan dengan hasil yang diperoleh peneliti lain

yang menggunakan CaO sebagai katalis pada minyak lainnya, maka aktivitas

katalitik dari CaO pada penelitian ini cukup baik. Granados (2007) menghasilkan

rendemen 94% pada transesterifikasi minyak biji bunga matahari, Kawashima et

al. (2009) menghasilkan rendemen 92% pada transesterifikasi minyak rapeseed,

Kouzu et al. (2008) dan Liu et al. (2008a) menghasilkan konversi masing-

masingnya 93% dan 95% berturut-turut pada minyak kedele.

93

Gambar 21 Pengaruh lama reaksi terhadap konversi biodiesel pada berbagai

berat katalis CaO. Transesterifikasi berlangsung pada suhu 65oC

dengan nisbah metanol: minyak jarak pagar (12:1)

Gambar 22 Pengaruh berat katalis CaO terhadap konversi biodiesel pada

berbagai lama reaksi. Transesterifikasi berlangsung pada suhu

65oC dengan nisbah metanol: minyak jarak pagar (12:1)

0

19

34

61

7883

0

34

51

73

8489

0

56

77 79

93 94

0

72

8285

95 95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 0.5 1.0 1.5 2 2.5

Konversi (%)

Lama Reaksi (jam)

Berat Katalis (wt%)1%

1.5%

2.0%

2.5%

7884

93 9583

8994 95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1%

1.5

%

2.0

%

2.5

%

Konversi (%)

Berat Katalis (wt%)

Lama Reaksi2 jam

2,5 jam

94

Transesterifikasi memiliki kendala terutama pada pemisahan gliserol dan

biodiesel dan memerlukan perlakuan terhadap limbah cair (Al-Zuhair 2007).

Namun demikian kendala ini dapat diatasi dengan menggunakan katalis

heterogen dalam transesterifikasi dan adsorben dalam pemurnian biodiesel.

Proses yang dikembangkan dalam penelitian ini yang menggunakan katalis CaO

dalam transesterifikasi dan bentonit asam sebagai adsorben dalam pemurnian

biodiesel diharapkan dapat memperbaiki kendala pemisahan biodiesel dan gliserol

seperti pada transesterifikasi menggunakan katalis homogen.

3.3.6.2 Transesterifikasi in-situ biji jarak dengan katalis �aOH

Uji ortogonal. Faktor-faktor yang berpengaruh dalam proses transesterifikasi

in-situ dapat dilihat pada Tabel 37. Beberapa laporan penelitian menunjukkan

bahwa ukuran partikel, suhu, konsentrasi pelarut, kadar air dan pengadukan

berpengaruh terhadap hasil dan selektivitas dari reaksi transesterifikasi secara in-

situ (Hernadez et al. 2005; Georgogianni 2008). Hasil uji ortogonal dalam

penelitian ini memperlihatkan bahwa konsentrasi NaOH dalam metanol, mol/l

(x1) merupakan faktor yang paling berpengaruh terhadap keberhasilan

transesterifikasi secara in-situ, diikuti oleh nisbah metanol:minyak (x2), suhu

reaksi (x3) dan lama reaksi (x4).

Titik optimum yang ditunjukkan Tabel 37 adalah konsentrasi NaOH dalam

metanol, 0,08 mol/l (x1); nisbah molar metanol:minyak 170:1 (x2); suhu reaksi

60oC (x3) dan lama reaksi, 3 jam (x4). Titik optimum ini menjadi patokan di

dalam penelitian berikutnya mengenai optimasi proses transesterifikasi secara in-

situ menggunakan RSM.

Pengaruh variabel proses transesterifikasi secara In-situ. Susunan CCD dan

respon konversi biodiesel terhadap peubah proses transesterifikasi in-situ dapat

dilihat pada Lampiran 18. Pada Lampiran 19 ditampilkan ANOVA pengaruh

transesterifikasi in-situ terhadap konversi jarak pagar menjadi biodiesel setelah

eliminasi peubah yang tidak nyata.

95

Tabel 37 Hasil uji ortogonal transesterifikasi minyak J.curcas L. secara in-situ

No

percobaa

n

Konsentrasi

NaOH dalam

metanol, mol/l

(x1)

Nisbah molar

metanol:minya

k (x2)

Suhu

reaksi

(x3)

Lama

reaksi,

jam (x4)

Konversi

(%)

1 0,04 130 40 3 20,40

2 0,04 150 50 5 24,15

3 0,04 170 60 7 27,40

4 0,06 130 50 7 34,60

5 0,06 150 60 3 34,90

6 0,06 170 40 5 36,35

7 0,08 130 60 5 46,00

8 0,08 150 40 7 76,95

9 0,08 170 50 3 89,60

K1 87,12 92,25 103,59 107,23

K2 114,87 102,47 102,01 94,70

K3 102,88 110,15 105,77 102,93

k1 29,04 30,75 34,53 35,74

k2 38,29 34,16 34,00 31,57

k3 34,29 36,72 35,26 34,31

R 9,25 5,97 1,26 4,18

Rank 1 2 4 3

Optimu

m 0,08 170 50 3

Dari Lampiran 19 dapat diketahui bahwa faktor transesterifikasi in-situ

yang paling berpengaruh terhadap konversi biodiesel adalah interaksi antara (x1),

96

(x2), dan (x4), diikuti oleh pengaruh kuadratik (x1) dan interaksi antara (x1) dan

(x4). Persamaan model regresi untuk transesterifikasi in-situ adalah:

Konversi =

- 63911,89 +376,86X2 +33,82 X3 +1256,83X4- 1,41E+005

X12- 0,01X2

2+190,83 X1

X3 -15515,36X1X4 -0,24X2X3 -7,456 X2 X4 -0,20X3X4 +92,10 X1 X2 X4

R2 = 0,97

Persamaan regresi di atas menunjukkan adanya pengaruh linier dan kuadratik

pada peubah reaksi transesterifikasi in-situ terhadap konversi biodiesel. Titik

optimal dari persamaan itu adalah: konsentrasi NaOH dalam metanol sebesar

0,08 mol/L nisbah molar metanol:minyak (171,1 mol/mol); lama reaksi (3,02

jam); dan suhu reaksi (45,66oC).

Pada Gambar 23 dapat dilihat grafik interaksi antara suhu reaksi dan

jumlah katalis dalam metanol terhadap konversi biodiesel. Pada suhu 45oC,

penambahan jumlah katalis akan meningkatkan rendemen biodiesel. Namun pada

suhu 55oC terlihat kecendrungan terjadi penurunan rendemen biodiesel dengan

bertambahnya jumlah katalis.

D: Reaction Temperature

Interaction Graph

A: Cataly st in MeOH

Yield

0.07 0.08 0.08 0.08 0.09

16.2175

37.2439

58.2704

79.2968

100.323

D-

D+

68.073

76.1352

84.1974

92.2596

100.322

Yield

0.07

0.08

0.08

0.08

0.09

45.00

47.50

50.00

52.50

55.00

A: Catalyst in MeOH


Gambar 23 Pengaruh suhu reaksi dan jumlah katalis dalam metanol (mol/mol)

terhadap konversi biodiesel: (a) plot respon permukaan dan (b)

gambar dua dimensi

97

Kecenderungan yang sama juga diperlihatkan pada Gambar 24, dimana pada suhu

45oC peningkatan jumlah nisbah metanol akan meningkatkan konversi biodiesel,

sementara pada suhu 55oC peningkatan nisbah metanol menurunkan konversi

biodiesel. Kecenderungan yang sama juga terjadi pada penelitian Qian et al.

(2008).

Hasil optimasi menunjukkan bahwa nisbah metanol:minyak yang optimal

adalah 171:1 dan suhu optimal adalah 45oC. Pada Gambar 24 dapat dilihat bahwa

pada nisbah molar metanol:minyak (160:1), penambahan katalis akan

meningkatkan konversi biodiesel. Namun sebaliknya, kalau nisbah itu meningkat

menjadi 180:1, penambahan katalis malah menurunkan konversi biodiesel.


Interaction Graph

B: MeOH/oil ratio

Yield

160.00 165.00 170.00 175.00 180.00

16.2175

43.4988

70.7801

98.0614

125.343

D-

D+

68.2879

82.0768

95.8657

109.655

123.444

Yield

160.00

165.00

170.00

175.00

180.00

45.00

47.50

50.00

52.50

55.00

B: MeOH/oil ratio


(a) (b)

55 C

45 CKonversi

Konversi

Suhu Reaksi

Grafik Interaksi

Nisbah Metanol/Minyak

Nisbah Metanol/MinyakSuhu Reaksi

Gambar 24. Pengaruh suhu reaksi dan nisbah metanol minyak terhadap

konversi biodiesel: (a) plot respon permukaan dan (b) gambar dua

dimensi

Metanol secara sendirian merupakan pelarut untuk ekstraksi minyak nabati

yang buruk. Namun demikian, basa beralkohol dapat menghancurkan jaringan

intraselular di dalam daging biji jarak pagar seperti yang terjadi pada

transesterifikasi in-situ pada biji kapuk, yang memungkinkan pelarutan

(solubilization) dan selanjutnya transesterifikasi. Tanpa penambahan NaOH ke

dalam metanol, transesterifikasi in-situ hampir tidak dapat terjadi (Qian et al.

98

2008). Ketika peningkatan konsentrasi NaOH 0,07-0,9 mol / L, jumlah minyak

jarak pagar yang dikonversi menjadi biodiesel juga meningkat (Gambar 25).

Namun, saat nisbah molar metanol:minyak meningkat (180:1), penambahan

katalis malah menurunkan konversi biodiesel.

B: MeOH/oil ratio

Interaction Graph

A: Cataly st in MeOH

Yield

0.07 0.08 0.08 0.08 0.09

16.2175

47.0738

77.93

108.786

139.643

B-

B+

40.7204

64.7576

88.7948

112.832

136.869

Yield

0.07

0.08

0.08

0.08

0.09

160.00

165.00

170.00

175.00

180.00

A: Catalyst in MeOH

B: MeOH/oil ratio

Gambar 25. Pengaruh nisbah metanol:minyak dan jumlah katalis terhadap

konversi biodiesel: (a) plot respon permukaan dan (b) gambar dua

dimensi

Sifat Bahan Bakar Hasil Transesterifikasi secara in-situ. Sifat bahan bakar

biodiesel jarak pagar dirangkum pada Tabel 38. Terdapat perbedaan densitas dan

viskositas antara biodiesel yang dihasilkan melalui transesterifikasi menggunakan

katalis CaO dengan yang dihasilkan melalui transesterifikasi secara in-situ dengan

katalis NaOH, dimana proses in-situ menghasilkan densitas dan viskositas yang

lebih besar. Hasil yang diperoleh juga lebih besar dari pada Chitra et al (2005).

Hal ini barangkali disebabkan karena adanya komponen polar yang larut dalam

alalkohol. Walaupun demikian, biodiesel jarak pagar ini masih memenuhi standar

biodiesel menurut ASTM D 6751-02, DIN EN14214 atau SNI 04-7182-2006

99

Tabel 38 Sifat bahan bakar biodiesel jarak pagar setelah transesterifikasi secara

in-situ

Karakteristik Satuan biodiesel jarak pagar SNI 04-7182-2006

Densitas kg/m-3

872 850-890

Viskositas mm2s

-1 4,81 2,3-6,0

Titik Nyala oC Min 100

Titik Tuang oC -

Kadar Air % 0,04 Max 0,05

Kadar Abu % 0,02 Max 0,02

Residu Karbon % Max 0,30

Bilangan Asam mg KOH/g 0,43 Max 0,80

Komposisi Kimia Bungkil Jarak Pagar Hasil Transesterifikasi secara In-situ.

Komposisi kimia bungkil jarak pagar setelah transesterifikasi secara in-situ

dibandingkan dengan daging biji segar dan bungkil sebelum didetoksifikasi dapat

dilihat pada Tabel 39. Dari Tabel 39 dapat dilihat bahwa bungkil jarak hasil

transesterifikasi secara in-situ (45,92%) memiliki kandungan protein relatif lebih

tinggi dibandingkan dengan kandungan protein bungkil kedele (40-45%) (Widodo

2008). Namun demikian, kandungan protein bungkil kedele setelah semua

lemaknya dihilangkan adalah sebesar 62% (Herrera et al. 2006) dan lebih besar

daripada kandungan protein bungkil jarak hasil transesterifikasi secara in-situ

(45,92%). Hal ini disebabkan karena masih banyaknya lemak yang tersisa pada

bungkil jarak disebabkan transesterifikasi secara in-situ dalam penelitian ini.

Transesterifikasi in-situ mengekstrak minyak sebesar 83% dari potensi minyak

yang dikandung dalam daging biji jarak pagar. Namun demikian kemampuan

ektraksi minyak ini lebih baik dibandingkan kalau ekstraksi dilakukan dengan

alat kempa mekanis (mechanical press). Pada Gambar 26 diperlihatkan

kromatogram analisis forbol ester menggunakan HPLC setelah transesterifikasi

secara in-situ.

100

Tabel 39 Komposisi kimia bungkil jarak pagar setelah transesterifikasi secara in-

situ dibandingkan dengan daging biji segar dan bungkil sebelum di

detoksifikasi

Kandungan

(%)

Daging

biji segar

Bungkil daging

biji setelah

dikempa mekanis

Bungkil

daging biji

setelah

diekstrak

hexan

Bungkil daging biji

setelah

transesterifikasi in-

situ

Protein 23,61 41,67 61,74 45,92

Lemak 59,80 29,01 1,12 17,04

Abu 4,42 7,77 9,84 6,60

Serat Kasar 2,31 4,06 5,15 5,04

Karbohidrat 5,74 10,07 12,75 10,53

Forbol ester

(mg/g)

6,55 6,23 4,50 Tidak terdeteksi

3.3.13 Kandungan Gizi dan Forbol Ester Setelah Transesterifikasi in-situ

dan Detoksifikasi

Kandungan gizi yang meliputi protein, lemak, abu, serat kasar dan

karbohidrat serta kandungan racun forbol ester bungkil jarak setelah detoksifikasi

dapat dilihat pada Tabel 40. Sementara itu profil HPLC analisis forbol ester

bungkil jarak pagar setelah detoksifikasi dapat dilihat pada Gambar 27. Dari

Tabel 40 dapat dilihat bahwa kandungan protein bungkil jarak hasil

tranesterifikasi in-situ (41,07%) dan kandungan protein bungkil hasil

detoksifikasi (41,98%) relatif sama dengan kandungan protein bungkil kedele (40-

45%) (Widodo 2008).

Data pada Tabel 40 juga menunjukkan bahwa transesterifikasi in-situ dan

detoksifikasi bungkil jarak dapat menurunkan kandungan forbol ester sampai

jumlah yang tidak dapat terdeteksi. Metanol yang digunakan sebagai pelarut pada

transesterifikasi in-situ, merupakan pelarut yang sangat baik pula untuk forbol

ester (Haas and Mittelbach 2000, Rakshit et al. 2008). Perlakuan detoksifikasi

101

menggunakan alkali (NaOH), metanol dan panas lebih baik dalam menurunkan

kandungan forbol ester secara nyata (Haas and Mittelbach 2000; Aregheore et al.

2003, Rakshit et al. 2008; Qian et al. 2008; Makkar et al. 2009).

Tabel 40 Kandungan gizi dan forbol ester bungkil jarak pagar setelah

transesterifikasi in-situ dan setelah detoksifikasi

Kandungan

(%)

Daging biji segar Bungkil daging biji setelah

detoksifikasi

Bangi

(Malaysia)

Lampung

(Indonesia)

Bangi

(Malaysia)

(transesterifikasi

in-situ)

Lampung

(Indonesia)

(detoksifikasi)

Protein 23,61 23,4 45,92 41,98

Lemak 59,80 58,8 17,04 28,40

Abu 4,42 5,1 6,60 7,79

Serat Kasar 2,31 2,3 5,04 3,52

Karbohidrat 5,74 6,01 10,53 9,16

Forbol ester

(mg/g)

6,55 6,87 Tidak

terdeteksi

Tidak

terdeteksi

3.3.14 Laju pertumbuhan, Mortalitas dan Konsumsi Forbol ester

Laju pertumbuhan dan konsumsi forbol ester oleh tikus di dalam diet

percobaan dapat dilihat pada Tabel 41. Sementara itu Tingkat Kematian tikus

setelah mengkonsumsi bungkil jarak pagar dapat dilihat pada Tabel 42.

Tabel 41 mengindikasikan bahwa perlakuan dengan alkali (NaOH) lebih

baik dalam menurunkan kandungan forbol ester (Haas and Mittelbach 2000;

Rakshit et al. 2008; Makkar et al. 2009). Walau demikian, perlakuan ini

secara sendiri belum mampu menurunkan forbol ester sampai tingkat yang

diinginkan. Aregheore et al. (2003) melaporkan bahwa perlakuan kimia

102

disamping perlakuan dengan panas diperlukan untuk menghilangkan kandungan

forbol ester secara nyata.

[a] sebelum transesterifikasi in-situ

Waktu Retensi (menit)

[b] setelah transesterifikasi in-situ

Gambar 26 Gambar kromatogram analisis forbol ester menggunakan HPLC

(a) setelah transesterifikasi in-situ; ; (b) setelah transesterifikasi

secara in-situ

103

[a] sebelum detoksifikasi

[b] Forbol ester setelah detoksifikasi

Gambar 27 Gambar kromatogram analisis forbol ester menggunakan HPLC (a)

sebelum detoksifikasi; (b) setelah detoksifikasi

104

Tabel 41 Laju pertumbuhan dan konsumsi forbol ester oleh tikus di dalam diet percobaan

Kode Diet yang diberikan Kandungan

Forbol ester

(mg/g)

Berat

awal rata-

rata (g)

Berat akhir rata-

rata (g)

Pertambahan

/Kehilangan

berat badan (g)

Konsumsi Forbol-

ester rata-rata

(mg/tikus)

A Kontrol 0 96,79 135,48 38,60a 0

a

B ALB rendah-bungkil-insitu Tidak

terdeteksi

99,37 139,27 39,90a 0

a

C ALB rendah-bungkil -ME 6,23 94,43 55,60 -38,83c 1,465

c

D ALB rendah-bungkil -SE 4,50 95,73 57,17 -38,56c 1,894

d

E ALB tinggi-bungkil -ME 6,34 96,94 67,79 -29,16e 2,161

e

F ALB tinggi-bungkil-SE 4,54 92,98 67,52 -25,46f 1,591

c

G ALB rendah-bungkil -NaOH 1,04 95,75 58,97 -36,78d 0,428

b

H ALB tinggi-bungkil -NaOH 1,06 96,35 61,62 -34,73d 0,390

b

I ALB tinggi-bungkil -NaOH-

MeOH-air

Tidak

terdeteksi

97,66 133,90 36,24b 0

a

Keterangan: ALB rendah-bungkil yang berasal dari jarak ALB rendah; ALB tinggi-bungkil: bungkil berasal dari jarak ALB tinggi. ME:

setelah diekstrak menggunakan alat mekanis; SE: setelah diekstrak menggunakan pelarut hexan; NaOH: setelah dilakukan perlakuan

dengan NaOH; Me-OH: Setelah dilakukan perlakuan menggunakan metanol. Angka yang diikuti dengan huruf yang dalam kolom yang

sama tidak berbeda secara nyata menurut uji Duncan (p≤0.05). Rancangan percobaan yang digunakan adalah RAL (Rancangan Acak

Lengkap)

105

Tabel 42 Kematian tikus setelah diberikan diet kontrol dan diet dengan subsitusi bungkil jarak pagar

Kode Diet Jumlah

tikus

Asupan

makanan rata-

rata (g/hari)

Kematian tikus tikus pada hari ke-1 sampai ke-8

1 2 3 4 5 6 7 8

A Kontrol 3 13.70 - - - - - - - -

B ALB rendah-bungkil-insitu 3 13,56 - - - - - - - -

C ALB rendah-bungkil -ME 3 1,47 - - - - 1 1 1 -

D ALB rendah-bungkil -SE 3 2,63 - - - - - - 1 2

E ALB tinggi-bungkil -ME 3 2,13 - - - - - 1 2 -

F ALB tinggi-bungkil-SE 3 2,19 - - - - 1 - 2 -

G ALB rendah-bungkil -NaOH 3 2,57 - - - - - - 3 -

H ALB tinggi-bungkil-NaOH 3 2,30 - - - - - 1 1 1


MeOH-air

3 10,83 - - - - - - - -

Keterangan: ALB rendah-bungkil yang berasal dari jarak ALB rendah; ALB tinggi-bungkil: bungkil berasal dari jarak ALB tinggi. ME:

setelah diekstrak menggunakan alat mekanis; SE: setelah diekstrak menggunakan pelarut hexan; NaOH: setelah dilakukan perlakuan

dengan NaOH; Me-OH: Setelah dilakukan perlakuan menggunakan Metanol.

106

Laju pertumbuhan dan konsumsi forbol ester oleh tikus di dalam diet

percobaan pada Tabel 41 memperlihatkan bahwa tidak selalu terdapat hubungan

yang linier antara jumlah konsumsi forbol ester dengan pertumbuhan/ kehilangan

berat badan. Hal ini disebabkan adanya pengaruh kandungan zat antigizi lain

(Makkar et al. 1997, Aderibigbe et al. 1997) yang ada di dalam bungkil seperti

saponin, fitat, lektin dan tripsin.

Dari Tabel 42 dapat dilihat bahwa bungkil jarak hasil transesterifikasi secara

in-situ dikonsumsi lebih banyak. Angka konsumsi bungkil ini relatif sama dengan

yang dikonsumsi tikus yang mengkonsumsi pakan standar. Bungkil jarak pagar

hasil detoksifikasi juga disukai oleh tikus, walaupun konsumsi rata-rata per hari

lebih kecil. Rendahnya konsumsi ini diduga disebabkan oleh masih kuatnya

aroma dan rasa sabun dari NaOH pada diet tersebut sehingga tikus

mengkonsumsinya lebih sedikit (Aregheore et al. 2003; Rakshit et al. 2008).

Temler et al. (1983) melaporkan bahwa asupan makanan dipengaruhi oleh

berbagai faktor, seperti (i) pola asam amino dari proteinnya, (ii) rasa, (iii) bau

dan (iv) tekstur dari makanan tersebut. Rendahnya asupan makanan pada

perlakuan G dan H walaupun kandungan forbol esternya rendah barangkali

disebabkan oleh rasa, bau dan tekstur, namun bukan oleh pola asam amino dari

bungkil J. curcas L. (Aregheore et al. 2003). Kecuali rendahnya lisin, bungkil J.

curcas L. memiliki keseimbangan asam amino yang mirip dengan asam amino

kedele (Becker, 1996; Makkar & Becker 1997).

Level kematian tikus percobaan tidak selalu berhubungan dengan konsumsi

phorbol ester rata-rata perhari yang dikonsumsi (Tabel 42). Walaupun C lebih

sedikit daripada D atau F. Namun kematian lebih awal ternyata diperlihatkan

oleh tikus yang mengkonsumsi C. Hasil ini mengindikasikan bahwa pertumbuhan

dan mortalitas tikus tidak hanya disebabkan oleh toksisitas forbol ester, tapi juga

disebabkan oleh zat antigizi yang dikandung oleh bungkil tersebut (Rakshit et al.

2008) seperti saponin, fitat, lektin dan tripsin. Namun demikian forbol ester tetap

menjadi faktor yang paling berpengaruh terhadap asupan makanan dan

pertumbuhan tikus.

107

3.3.15 �isbah Efisiensi Protein (PER) dan Indeks Transformasi (TI)

Nilai PER dan TI ditampilkan pada Tabel 43. PER adalah pertambahan

berat badan tikus berdasarkan jumlah protein yang dikonsumsinya. Sementara

TI adalah perbandingan asupan yang dikonsumsi setiap pertambahan berat badan.

Tabel 43 menunjukkan bahwa semakin banyak kandungan racun dalam diet maka

semakin sedikit pakan yang dikonsumsi. Dengan semakin sedikitnya pakan yang

dikonsumsi, maka asupan protein pun menjadi semakin sedikit. Aregheore et al.

(2003) menunjukkan bahwa kandungan forbol ester melebihi 1,44 mg/g dalam

diet menghasilkan penurunan asupan makanan, kehilangan berat badan dan

rendahnya nilai PER dan TI.

Tabel 43 Nisbah Efisiensi Protein (PER) dan Indeks Transformasi (TI)

Kode Diet PER TI

A Kontrol 2,12 2,48

B ALB rendah-bungkil-insitu 1,85 2,37

C ALB rendah-bungkil -ME -19,31 -0,22

D ALB rendah-bungkil -SE -9,95 -0,41

E ALB tinggi-bungkil -ME -11,62 -0,40

F ALB tinggi-bungkil-SE -10,13 -0,41

G ALB rendah-bungkil -NaOH -10,41 -0,42

H ALB tinggi-bungkil -NaOH -11,79 -0,36


MeOH-air

2,23 1,96

108

3.4 Simpulan dan Saran

3.4.1 Simpulan

1. Berdasarkan hasil analisis fisiko-kimia minyak jarak, maka terdapat dua jenis

minyak jarak berdasarkan kandungan asam lemak bebasnya apabila minyak

tersebut akan dijadikan bahan baku untuk pembuatan biodiesel: minyak jarak

dengan kandungan ALB tinggi (6,99%) dari jarak pagar Lampung dan minyak

jarak pagar dengan kandungan ALB rendah (1,68%) yang berasal dari Bangi.

2. Bungkil jarak pagar hasil ekstraksi mekanis mengandung protein sebesar

41,07%- 41,67%. Namun demikian bungkil jarak mengandung komponen

forbol ester yang bersifat racun. Kandungan racun bungkil jarak pagar dari

Lampung (6,87 mg/g) lebih besar daripada bungkil jarak Bangi (6,55 mg/g).

Bungkil jarak memiliki potensi sebagai bahan pakan apabila komponen

racunnya dihilangkan melalui detoksifikasi.

3. Hasil optimasi menunjukkan bahwa katalis heterogen Bentonit-HCl mencapai

titik optimal sebagai katalis pada dosis sebesar 3,84%, waktu reaksi 4,88 jam

dan nisbah molar metanol:minyak (15:1), pada suhu reaksi esterifikasi

sebesar 65oC. Dosis katalis, lama reaksi dan nisbah metanol minyak

berpengaruh nyata terhadap konversi bilangan asam pada reaksi esterifikasi.

4. CaO yang diperoleh dari pembakaran dari sumber batu kapur yang murah

pada suhu 900oC selama 1,5 jam memberikan sifat katalitik yang baik untuk

transesterifikasi biodiesel. Hasil optimasi pada minyak jarak pagar yang

mengandung ALB tinggi menunjukkan bahwa katalis CaO mencapai titik

optimal sebagai katalis pada dosis 0,91%, nisbah molar metanol:minyak

(10,41:1), lama reaksi selama 81,73 menit, pada suhu transesterifikasi 65oC

dengan rendemen biodiesel sebesar 94%. Nisbah metanol:minyak merupakan

faktor yang paling berpengaruh terhadap laju esterifikasi dan transesterifikasi.

Sementara itu, lama reaksi tidak memberikan pengaruh yang nyata.

109

5. Hasil transesterifikasi minyak jarak pagar yang memiliki kandungan ALB

rendah menggunakan katalis CaO memperlihatkan bahwa konversi minyak

jarak pagar menjadi biodiesel terbaik diperoleh pada suhu 65oC , nisbah molar

metanol:minyak (12:1), katalis 2,5% dan lama reaksi 2 jam. Pada kondisi ini

konversi biodiesel adalah 95%.

6. Bentonit yang diaktivasi dengan H2SO4 merupakan adsorben terbaik dalam

pemurnian biodiesel dan menurunkan konsentrasi kalsium pada biodiesel yang

dibuat dari transesterifikasi minyak jarak pagar menggunakan katalis CaO.

Pemurnian menggunakan adsorben bentonit dapat menggantikan metode

pemurnian konvensional menggunakan air panas dalam proses pencucian

sehingga limbah cair yang dihasilkan dapat dihilangkan.

7. Dosis katalis, lama reaksi, suhu reaksi dan nisbah metanol minyak

berpengaruh nyata terhadap konversi biodiesel pada reaksi transesterifikasi

secara in-situ. Hasil penelitian menunjukkan bahwa jumlah minyak biji jarak

pagar dilarutkan dalam metanol sekitar 83% dari total potensi minyak yang

ada pada daging biji jarak pagar dan konversi minyak ini menjadi biodiesel

dapat mencapai 96% dengan ketentuan sebagai berikut: konsentrasi katalis

NaOH dalam metanol sebesar 0,08 mol/L; nisbah molar metanol:minyak

(171,1:1), lama reaksi selama 3,02 jam dan suhu transesterifikasi 45,66oC

8. Detoksifikasi menggunakan 2% NaOH, diautoklaf selama 15 menit, pada

suhu 121 oC, diikuti dengan pencucian dengan metanol dan air (ALB tinggi-

bungkil-NaOH-MeOH-air) serta transesterifikasi secara in-situ (ALB rendah-

bungkil-insitu) dapat menghasilkan bungkil jarak tak-beracun yang kaya

protein. Detoksifikasi memberikan respon yang positif terhadap pertambahan

berat badan, tak terdapatnya mortalitas, tingginya nilai nisbah efisiensi

protein (PER) dan indeks transformasi (TI) dari tikus percobaan.

3.4.2 Saran

1. Untuk pengembangan CaO sebagai katalis, disarankan memperhatikan faktor-

faktor yang menurunkan kemampuan kataliknya, seperti kontak dengan udara

dalam jangka cukup lama, kontak dengan air dan CO2. Aktivasi CaO pada

110

suhu 700oC sebelum digunakan disarankan untuk meningkatkan kemampuan

katalitik katalis CaO.

2. Untuk menjadikan bungkil jarak hasil detoksifikasi sebagai sumber pakan,

disarankan untuk melakukan uji toksisitas dalam jangka waktu yang lebih

lama.

3. Supaya bungkil tersebut sebagai substitusi pakan dapat disukai oleh ternak

maka dalam penyiapan pakan perlu diperhatikan berbagai faktor, seperti

(i) pola asam amino dari proteinnya, (ii) rasa, (iii) bau dan (iv) tekstur dari

makanan tersebut.

3 PEG EMBAG A PROSES PEMBUATA BIODIESEL JARAK … · Proses kedua adalah esterifikasi menggunakan...

Documents

Transcript of 3 PEG EMBAG A PROSES PEMBUATA BIODIESEL JARAK … · Proses kedua adalah esterifikasi menggunakan...