penyerapan oksigen 51 Lampiran 8 Peralatan pengukuran
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.4 PENYERAP OKSIGEN
Menurut Nakamura dan Hosino (1983), yang dimaksud dengan penyerap oksigen adalah suatu bahan yang dapat menyerap oksigen secara kimiawi. Prinsip kerja dari penyerap oksigen ini adalah terjadinya reaksi antara suatu bahan dengan oksigen di udara, sehingga kalor di udara menjadi berkurang.
Banyak bahan atau senyawa yang dapat bereaksi dengan oksigen di udara, tetapi untuk dapat berfungsi sebagai penyerap oksigen yang baik, bahan tersebut harus memenuhi beberapa kriteria, yaitu tidak beracun, mempunyai kecepatan penyerapan yang baik, tidak menghasilkan gas beracun atau berbau, harus cukup stabil dalam penyimpanan, berukuran kecil tapi kapasitasnya besar, bahan baku mudah diperoleh dan murah (Nakamura dan Hosino, 1983).
Tabel 3. Penyerap oksigen komersil yang telah dikembangkan
Manufacturer Country Trade name Scavanger
mechanism Packaging form Mitsubishi Gas Chemical
Co. Ltd Japan Ageless Iron based
Sachets dan Labels
Taogosei Chem. Industry
Co. Ltd Japan Vitalon Iron based Sachets
Nippon soda Co. Ltd Japan Seagul Iron based Sachets
Finetec Co. Ltd Japan Sanso-Cut Iron based Sachets
Tokyo Seikan Kaisha Ltd. Japan Oxguard Iron based Plastic trays
Ueno Seiyaku Co. Ltd.
Japan Oxyeater Iron based Sachets dan Labels
M&G
Italy ActiTUF iron based Polyester bottles
Chevron Chemicals USA N/A Benzyl acrylate Plastic film
W.R. Grace Co, Ltd
USA PureSeal Ascorbate/
Metalic salts Bottle crowns
Grace Darex Packaging
Technologies USA DarExtend Ascorbate Bottle crowns Food Science Australia
Australia ZerO2 Photosensitive dye/organic compund Plastic film, bottles containers CMB Technologies
Prancis Oxbar Cobalt catalysed
polymer oxidation Plastic bottles
Dalam penelitiannya, Sutrisno (2004) menjelaskan bahwa peranan penyerap oksigen dan bahan pelapis tehadap komoditi paprika sebagai upaya memperkecil susut bobot cukup efektif karena jumlah oksigen di udara yang sedikit dapat menghambat proses metabolisme atau respirasi sehingga kehilangan zat-zat relatif kecil. Sedangkan bahan pelapis berperan untuk memperkecil transpirasi sehingga kehilangan air dalam paprika dapat diperkecil dan penurunan susut bobot pun dapat diperkecil. Buah segar yang diberi edible coating dan penyerap oksigen dapat memperkecil kontak oksigen dengan zat-zat nutrisi dan enzim yang terdapat di dalam buah sehingga proses respirasi dapat dihambat dan laju perubahan buah dari segar ke senesen terkendali. Nampaknya terjadi interaksi antara penyerap oksigen dan bahan lapis terhadap kadar gas oksigen yang selanjutnya dipengaruhi oleh suhu penyimpanan (Permanasari, 1998: Vermeinen, 1999 di dalam Sutrisno, 2004). Penggunaan penyerap oksigen dari serbuk besi yang diaktifkan dengan NaCl terbukti dapat memperpanjanng umur simpan produk-produk pangan dengan baik (Kartikasari, 1992).
Pada umumnya teknologi pengemasan bahan pangan menggunakan satu atau lebih konsep berikut ini: oksidasi asam askorbat (C6H8O6), oksidasi serbuk besi, oksidasi pewarna peka cahaya, oksidasi enzimatis, asam lemak tak jenuh dan ragi. Diantara bahan makanan tersebut, asam askorbat dianggap yang paling luas penerimaannya oleh konsumen. Adapun reaksi yang akan terjadi dengan asam L-askorbat adalah:
Asam L-askorbat ↔ Asam dehidro L-askorbat + H2O
Reaksi asam L-askorbat diatas berlangsung dengan bantuan enzim oksidase atau peroksidase. Dari reaksi tersebut dapat dijelaskan bahwa dengan keberadaan asam L-askorbat aktif, oksigen didalam kemasan akan menurun karena digunakan untuk mengoksidasi asam L-askorbat yang akhirnya akan menyebabkan respirasi pada buah menurun dan memperpanjang masa simpan.
Dalam bukunya, Pantastico (1986) menyatakan bahwa asam askorbat, Cu-EDTA (kupri etilena diamin tetraasetat) dan BOH diketahui sebagai pembangkit pembentukan C2H4 (Cooper, dkk., 1986; Palmer dkk., 1967; Rasnussen dan Cooper 1968) bila disemprotkan sebelum pemanenan. Tetapi setelah dicoba sebagai pencelupan pascapanen, tidak ada dari zat-zat itu yang menghilangkan warna hijau dengan laju yang serupa dengan pengaruh pemberian C2H4 pada jeruk sitrun dan jeruk manis ”Satsuma” (Tsai dan Chiang, 1970), meskipun penghilangan warna hijaunya sedikit lebih baik daripada buah-buahan yanng tidak diberi perlakuan.
(a) Asam askorbat serbuk (b) Asam askorbat sachet Gambar 2. Asam askorbat dalam bentuk (a) serbuk dan (b) kemasan
2.5 ADSORPSI
Adsorpsi adalah suatu proses pemisahan dimana komponen dari suatu fase fluida berpindah ke permukaan zat padat yang menyerap. Biasanya partikel-partikel kecil zat penyerap dilepaskan pada adsorpsi kimia yang merupakan ikatan kuat antara penyerap dan zat yang diserap sehingga tidak mungkin terjadi proses yang bolak-balik. Dalam adsorpsi digunakan istilah adsorbat dan adsorben. Adsorbat adalah substansi yang terjerap atau substansi yang akan dipisahkan dari pelarutnya, sedangkan adsorben merupakan suatu media penyerap. Adsorpsi yang terjadi pada permukaan adsorben dibagi dalam dua jenis, yaitu:
1. Adsorpsi Fisika
Adsorpsi fisika terjadi karena adanya gaya van der walls dan biasanya adsorpsi ini berlangsung secara bolak-balik. Ketika gaya tarik-menarik molekul antara zat terlarut dengan adsorben lebih besar dari gaya tarik-menarik zat terlarut dengan pelarut, maka zat terlarut akan cenderung teradsorpsi pada permukaan adsorben.
2. Adsorpsi Kimia
Adsorpsi kimia terjadi karena adanya reaksi kimia antara zat padat dengan adsorbat larut dan reaksi ini tidak berlangsung bolak-balik. Interaksi suatu senyawa organik dan permukaan adsorben dapat terjadi melalui tarikan elektrostatis atau pembentukan ikatan kimia yang spesifik misalnya ikatan kovalen. Sifat-sifat molekul organik seperti struktur, gugus fungsional dan sifat hidrofobik berpengaruh pada sifat-sifat adsorpsi.
Menurut Reynold (1982), adsorpsi adalah suatu proses dimana suatu partikel menempel pada suatu permukaan akibat dari adanya perbedaan muatan lemah diantara kedua benda, sehingga akhirnya membentuk suatu lapisan tipis partikel-partikel halus pada permukaan tersebut. Terdapat beberapa bahan yang umum digunakan sebagai bahan penyerap gas, diantaranya zeolit, silika gel, dan arang aktif. Ketiga bahan ini dianggap cukup aman jika diletakkan di sekitar buah selama tidak terjadi kontak langsung antara buah dengan bahan penyerap.
Zeolit umumnya didefinisikan sebagai kristal alumina silika yang berstruktur tiga dimensi, yang terbentuk dari tetrahedral alumina dan silika dengan rongga-rongga di dalam yang berisi ion-ion logam, biasanya alkali atau alkali tanah dan molekul air yang dapat bergerak bebas. Struktur zeolit sejauh ini diketahui bermacam-macam, tetapi secara garis besar strukturnya terbentuk dari unit bangun primer, berupa tetrahedral yang kemudian menjadi unit bangun sekunder polihedral dan membentuk polihendra dan akhirnya unit struktur zeolit. Karena sifat unik dari zeolit, maka zeolit banyak digunakan untuk berbagai aplikasi di industri, diantaranya zeolit digunakan di industri minyak bumi sebagai cracking, di industri deterjen sebagai penukar ion, pelunak air sadah dan di industri pemurnian air, serta berbagai aplikasi lain (Sunarya, 2009).
Zeolit juga ditemukan sebagai bantuan endapan pada bagian tanah jenis basalt dan komposisi kimianya tergantung pada kondisi hidrotermal lingkungan lokal, seperti suhu, tekanan uap air setempat dan komposisi air tanah lokasi kejadiannya.Zeolit sebagai katalis hanya mempengaruhi laju reaksi tanpa mempengaruhi kesetimbangan reaksi karena mampu menaikkan perbedaan lintasan molekuler dari reaksi yang terjadi. Katalis berpori dengan pori-pori yang sangat kecil akan memuat molekul-molekul kecil tetapi mencegah molekul besar masuk. Zeolit dapat menjadi katalis yang shape-selective dengan tingkat transisi selektitas atau dengan pengeluaran reaktan pada dasar diameter molekul. Zeolit mampu menjadi katalis asam dan dapat digunakan sebagai pendukung logam aktif atau sebagai reagen, serta dapat digunakan dalam katalis oksida.
Brody et.al (2001) menyatakan bahwa salah satu media yang biasa digunakan sebagai pembawa KMnO4 adalah silika gel. Silika gel dapat menyerap gas etilen, tetapi tidak dapat
mengoksidasi gas etilen. Walaupun demikian, silika gel dapat digunakan dengan KMnO4 untuk meningkatkan kapasitas penyerapan etilen. Selanjutnya dikatakan bahwa untuk mengikat etilen, bahan utama yang biasa digunakan adalah silika gel dengan KMnO4 sebagai pereaksi dengan etilen. Silika gel merupakan suatu bentuk dari silika yang dihasilkan melalui penggumpalan sol natrium silikat (NaSiO2). Sol mirip agar-agar ini dapat didehidrasi sehingga berubah menjadi padatan atau butiran mirip kaca yang bersifat tidak elastis. Sifat ini menjadikan silika gel dimanfaatkan sebagai zat penyerap, pengering dan penopang katalis (http://punkels.wordpress.com).
Arang aktif merupakan senyawa karbon amorph, yang dapat dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon atau dari arang yang diperlakukan dengan cara khusus untuk mendapatkan permukaan yang lebih luas. Arang aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa kimia tertentu atau sifat adsorpsinya selektif, tergantung pada besar atau volume pori-pori dan luas permukaan. Daya serap arang aktif sangat besar, yaitu 25-1000% terhadap berat arang aktif (Djatmiko, et.al., 1983).
Setyaningsih (1995) mengungkapkan bahwa terdapat dua jenis arang aktif yang dapat dibedakan menurut fungsinya, yaitu arang penyerap gas (gas adsorben carbon) dan arang fasa cair (liquid-phase carbon). Arang penyerap gas digunakan untuk menyerap gas. Pori-pori yang terdapat pada arang jenis ini adalah mikropori yang menyebabkan molekul gas akan mampu melewatinya, tapi molekul dari cairan tidak akan melewatinya. Karbon jenis ini dapat ditemui pada karbon tempurung kelapa. Arang fasa cair digunakan untuk menyerap zat yang tidak diinginkan dari cairan atau larutan. Jenis pori-pori dari karbon ini adalah makropori yang memungkinkan molekul berukuran besar untuk masuk. Arang jenis ini biasanya berasal dari batu bara dan selulosa. Adapun mekanisme penyerapan menggunakan arang aktif adalah sebagai berikut :
a. Molekul adsorbat berpindah menuju lapisan terluar dari adsorben.
b. Karbon aktif dalam kesatuan kelompok mempunyai luas permukaan pori-pori yang besar sehingga dapat mengadakan penyerapan terhadap adsorbat.
c. Sebagian adsorbat ada yang teradsorpsi di permukaan luar, tetapi sebagian besar teradsorpsi di dalam pori-pori adsorben dengan cara difusi.
d. Bila kapasitas adsorpsi masih sangat besar, sebagian besar molekul adsorbat akan teradsorpsi dan terikat di permukaan. Tetapi bila permukaan pori adsorben sudah jenuh dengan adsorbat maka akan terjadi dua kemungkinan, yaitu, (1) terbentuk lapisan adsorpsi kedua, ketiga dan seterusnya, dan (2) tidak terbentuk lapisan adsorpsi kedua, ketiga dan seterusnya sehingga adsorbat yang belum teradsorpsi akan terus berdifusi keluar pori.
Karbon aktif menurut bentuknya dapat dibagi menjadi dua kelompok, yaitu bubuk dan granular. Karbon bentuk bubuk digunakan untuk adsorbsi dalam larutan. Misalnya untuk menghilangkan warna, sedangkan karbon bentuk granular digunakan untuk adsorbsi gas dan uap, dikenal pula sebagai karbon pengadsorbsi gas. Karbon bentuk granular kadang-kadang juga digunakan di dalam media larutan khususnya untuk deklrorinasi air dan untuk penghilang warna dalam larutan serta pemisahan komponen-komponen dalam suatu sistem yang mengalir. Bentuk karbon aktif, silika gel dan zeolit yang umum digunakan sebagai bahan penyerap terdapat pada Gambar 3.
(a) (b) (c)
Gambar 3. Jenis bahan penyerap (a) arang aktif, (b) silika gel, dan (c) zeolit
Dalam penelitian ini, terdapat dua proses adsorpsi, pertama adsorpsi asam askorbat dan kalium permanganat pada arang atau karbon aktif dan yang kedua adalah adsorpsi gas oksigen atau etilen pada arang aktif. Sehingga dapat dikatakan bahwa etilen dan oksigen merupakan adsorbat sedangkan arang aktif berperan sebagai adsorben. Proses adsorpsi tergantung pada sifat zat padat yang mengadsorpsi, sifat atom/molekul yang diserap, konsentrasi, temperatur dan lain-lain.
