BAB II. PENELAAHAN PUSTAKA
D. Ekstraksi Cair-cair
Ekstraksi cair-cair (liquid-liquid extraction) digunakan jika pemisahan dengan teknik lainnya tidak dapat dicapai, antara lain seperti distilasi, evaporasi dan kristalisasi. Ekstraksi cair-cair adalah proses pemisahan suatu komponen dari fase cair ke fase cair lainnya berdasarkan kelarutan relatifnya. Teknik ekstraksi cair-cair terdiri dari beberapa tahap, yaitu :
1. Kontak antara pelarut dengan fase cair yang mengandung komponen yang akan diambil (solute), kemudian solute akan berpindah dari fase umpan (diluen) ke fase pelarut.
2. Pemisahan dua fase yang tidak saling melarutkan, yaitu fase yang banyak mengandung pelarut disebut fase ekstrak dan fase yang banyak mengandung umpan disebut fase rafinat (Laddha and Degalesan, 1976).
Prinsip dasar ekstraksi cair-cair mengikuti Hukum Distribusi Nernst atau disebut juga Hukum Partisi yang menyatakan bahwa “apabila suatu analit dilarutkan ke dalam dua pelarut yang tidak saling campur, maka analit akan terdistribusi dalam proporsi yang sama (merata) diantara dua pelarut yang tidak saling campur”. Perbandingan konsentrasi pada kesetimbangan diantara dua pelarut yang tidak saling campur disebut koefisien distribusi atau koefisien partisi (KD), yang ditulis dengan persamaan berikut:
KD =
...(1) Corg dan Caq masing-masing merupakan konsentrasi analit dalam fase pertama dan dalam fase kedua. Semakin besar konsentrasi analit dalam fase pertama maka akan semakin besar nilai koefisien distribusinya. Sebaliknya, semakin kecil konsentrasi analit dalam fase pertama maka akan semakin kecil nilai koefisien distribusinya.
Namun dalam kenyataannya, analit seringkali berada dalam bentuk kimia yang berbeda karena adanya disosiasi (ionisasi), protonasi dan kompleksasi atau polimerisasi sehingga definisinya dapat disebut rasio distribusi (D) atau rasio partisi, yang ditulis dengan persamaan berikut:
D =
...(2) (Cs)1 dan (Cs)2 masing-masing merupakan konsentrasi total analit (dalam segala bentuk) dalam fase pertama dan fase kedua. Jika tidak ada interaksi antar analit yang terjadi pada kedua fase tersebut maka nilai KD dan D adalah sama (Gandjar dan Rohman, 2007).
Salah satu teknik ekstraksi cair-cair yang paling sering digunakan adalah teknik ekstraksi berulang menggunakan corong pisah. Caranya paling sederhana, yakni dengan hanya menambahkan pengekstrak yang tidak saling campur dengan pelarut awal, kemudian dilakukan penggojogan hingga terjadi kesetimbangan analit dalam kedua fase, didiamkan dan dipisahkan. Kelemahan ekstraksi ini yakni kurang praktis, dan ada kemungkinan besar hilangnya analit selama proses ekstraksi (Khopkar, 1990).
Dalam proses ekstraksi cair-cair, efisiensi ekstraksi (E) merupakan parameter penting yang mendukung kesempurnaan ekstraksi tersebut. Efisiensi ekstraksi tergantung pada nilai distribusi analit (D) dan volume relatif kedua fase. Secara teoritis dapat dihitung jumlah analit yang terekstraksi dengan persamaan sebagai berikut:
E =
...(3)
V1 dan V2 masing-masing merupakan volume fase pertama dan fase kedua yang digunakan; dan D merupakan rasio distribusi. Secara teoritis, dilakukannya ekstraksi berulang (bertingkat) dengan pelarut yang selalu baru akan meningkatkan nilai efisiensi ekstraksi. Hal tersebut dapat dilihat berdasarkan persamaan berikut (Caq)n = Caq
]
n ...(4)Keterangan : (Caq)n : banyaknya analit dalam fase air setelah n kali ekstraksi (Caq) : banyaknya analit dalam fase air mula-mula
V1. : banyaknya volume fase organik V2 . : banyaknya volume fase air
n : banyaknya ekstraksi (Gandjar dan Rohman, 2007).
Teknik ekstraksi cair-cair yang mulai dikembangkan akhir-akhir ini adalah menggunakan ultrasonikator. Dalam penelitian-penelitian terdahulu, metode ekstraksi dengan bantuan ultrasonikator digunakan untuk mengekstraksi nikotin dari permen karet yang hanya memerlukan waktu sekitar 20 menit.
Hal ini tentu saja lebih efisien dibandingkan ekstraksi dengan metode konvensional yang memerlukan waktu setidaknya 24 jam untuk mendapatkan hasil yang sama. Dalam penelitian yang dilakukan Cameron and Wang (2006) dibuktikan bahwa rendemen pati jagung yang diperoleh dari proses ultrasonik selama 2 menit adalah sekitar 55,2-67,8%, hampir sama dengan rendemen yang didapat dari pemanasan dengan air selama 1 jam, yaitu 53,4%.
Prinsip dasar penggunaan metode ultrasonikasi yaitu dengan mengamati sifat akustik gelembung ultrasonik yang dirambatkan melalui medium yang dilewati. Pada saat gelombang merambat, medium yang dilewatinya akan mengalami getaran. Getaran akan memberikan pengadukan yang intensif terhadap proses ekstraksi dan akan meningkatkan osmosis atau penetrasi dari senyawa dengan pelarut sesuai dengan sifatnya sehingga akan meningkatkan proses ekstraksi (Keil cit., Alupului, Calinescu andLavric 2009).
Cara kerja metode ultrasonik dalam mengekstraksi adalah sebagai beikut: 1. Gelombang ultrasonik terbentuk dari pembangkitan ultrason secara lokal dari kavitasi mikro pada sekeliling bahan yang diekstraksi sehingga akan terjadi pemanasan bahan tersebut dan membantu proses penetrasi senyawa ekstrak sesuai dengan sifat pelarut pengekstrak.
2. Terdapat efek ganda yang dihasilkan yaitu pemecahan dinding sel sehingga membebaskan kandungan senyawa yang ada di dalamnya dan pemanasan lokal pada cairan serta meningkatkan difusi ekstrak.
3. Energi kinetik dilewatkan ke seluruh bagian cairan yang diikuti dengan munculnya gelembung kavitasi pada dinding atau permukaan sehingga meningkatkan transfer massa antara permukaan padat-cair.
4. Efek mekanik yang ditimbulkan adalah meningkatkan penetrasi dari cairan menuju dinding membran sel, mendukung pelepasan komponen sel dan meningkatkan transfer massa (Keil cit., Alupului, Calinescu and Lavric 2009).
Kavitasi adalah gejala menguapnya zat cair yang sedang mengalir sehingga membentuk gelembung-gelembung uap yang disebabkan karena berkurangnya tekanan cairan tersebut sampai titik jenuh uapnya. Bila suatu cairan diiradiasi dengan gelombang ultrasonik maka tekanan di dalam cairan akan mengembang hingga tumbuh gelembung mikro (micro bubble). Jika amplitudo yang dipacu gelombang akustik relatif besar, ketidakhomogenan lokal di dalam cairan terjadi dan menimbulkan pertumbuhan gelombang secara serentak dalam dimensi makroskopik. Gelembung tersebut tidak stabil pada kondisi konsentrasi energi yang besar berakibat pertumbuhan yang tidak stabil sehingga menyebabkan pecahnya gelembung. Faktor yang mempengaruhi kemampuan ekstraksi pada penerapan gelombang ultrasonik dalam ekstraksi cair-cair adalah peningkatan temperatur dalam skala molekuler, pencampuran akustik, timbulnya kavitasi dan tegangan permukaan pada gelembung mikro, serta terbentuknya bintik panas berupatekanan dan suhu tinggi sesaat pada dimensi molekuler (Susilo, Hawa dan Hermanto, 2010). Liu, Yang, Zhang, and Majetich (2010) menyatakan bahwa
kavitasi ultrasonik menghasilkan daya yang akan memecah dinding sel secara mekanis dan meningkatkan transfer material.
Gambar 2. Proses Terjadinya Kavitasi (Anonimc, 2010).
Keuntungan yang diperoleh dari metode ekstraksi dengan bantuan ultrasonik yakni:
1. Mempercepat waktu reaksi
2. Efisiensi dalam penggunaan pelarut
3. Tidak ada kemungkinan pelarut yang digunakan dalam ekstraksi menguap sampai kering
4. Aman digunakan karena prosesnya tidak mengakibatkan perubahan yang signifikan pada struktur kimia, partikel dan senyawa bahan-bahan yang digunakan.
5. Meningkatkan ekstraksi lipid dan protein dari biji tanaman, seperti kedelai (misalnya, tepung kedelai atau yang dihilangkan lemak) atau bibit minyak lainnya.
Kekurangan dari metode ekstraksi dengan bantuan ultrasonik yakni membutuhkan biaya yang relatif mahal serta dapat menimbulkan bunyi yang bising (Santos, Lodeiro, and Capelo-Martinez, 2009).
Gambar 3. Skema cara kerja ekstraksi dengan bantuan ultrasonik (Santos, Lodeiro, and
Capelo-Martinez, 2009).
Beberapa penelitian yang telah menggunakan metode ultrasonik dalam proses ekstraksi ataupun kepentingan lainnya, seperti pemanfaatan teknologi sonikasi tak langsung dalam rangka produksi kitosan (Arifin, 2012), studi penggunaan ultrasonik untuk transesterifikasi minyak (Susilo, 2007), dan
optimised ultrasonic-assisted extraction of flavonoids from folium eucommiae and evaluation of antioxidant activity in multi-test systems in vitro (Huang, Xue, Niu, Jia and Wang, 2009). Selain itu, dalam perkembangannya aplikasi ultrasonik juga digunakan dalam pengolahan makanan, stabilisasi emulsi minyak, pengurangan ukuran partikel, sistem penyaringan untuk partikel yang tersuspensikan, homogenisasi, atomisasi, proteksi lingkungan, degassing suatu cairan dan transfer massa.