2. 1. Minyak Kelapa
Minyak kelapa merupakan bagian yang paling berharga dari buah kelapa dan banyak digunakan sebagai bahan baku industri atau sebagai minyak goreng. Minyak kelapa dapat diekstraksi dari daging buah kelapa atau daging kelapa yang dikeringkan. Kandungan minyak pada kopra umumnya 60 – 65%, sedangkan daging buah kelapa sekitar 43% (Suhardiman, 1999).
Minyak kelapa merupakan ester dari gliserol dan asam lemak. Pembentukan trigliserida secara umum menurut reaksi seperti pada gambar 2. 1.
H2C OH R1 COOH H2C O COR1
HC OH + R2 COOH HC O COR2 + 3 H2O H2C OH R3 COOH H2C O COR3
Gliserol asam lemak trigliserida air Gambar 2. 1. Reaksi Pembentukan Trigliserida
Berdasarkan kandungan asam lemaknya, minyak kelapa digolongkan kedalam asam laurat karena kandung asam lauratnya paling besar jika dibandingkan dengan asam lemak lainnya, komposisi asam lemak minyak kelapa dipaparkan pada tabel 2. 1.
Tabel 2. 1. Komposisi Asam Lemak Minyak Kelapa
Asam lemak Rumus kimia Jumlah (%)
Asam lemak jenuh :
Asam Kaproat Asam Kaprilat Asam Kaprat Asam Laurat Asam Palmitat Asam Stearat Asam Arachidat
Asam lemak tak jenuh :
Asam Palmitoleat Asam Oleat Asam Linoleat C5H11COOH C7H15COOH C9H19COOH C11H23COOH C13H27COOH C17H35COOH C19H39COOH C15H29COOH C17H33COOH C17H31COOH 0 – 0,8 5,5 – 9,5 4,5 – 9,5 44 – 52 7,5 – 10,5 1 – 3 0 – 0,4 0 – 1,3 5 – 8 1,5 – 2,5 Sumber : Ketaren (1986)
Sifat Fisika dan Kimia Minyak Kelapa
Pengujian sifat fisika dan kimia digunakan untuk mengidentifikasi mutu minyak kelapa. Sifat fisika dan kimia minyak kelapa meliputi kandungan air, asam lemak bebas, warna, bilangan iod, bilangan penyabunan dan bilangan peroksida (Erliza, 2007). Sifat fisika dan kimia dari minyak kelapa ditunjukkan pada tabel 2. 2.
Tabel 2. 2. Sifat Fisika dan Kimia Minyak Kelapa
Sifat Crude Cochin RBD
Kandungan air dan kotoran Kadar asam lemak bebas Bilangan penyabunan Bilangan iod Bilangan peroksida Titik didih (0C) Indeks refraksi (400C) Berat jenis Titik beku 1 3 - - 2,0 - - - - 0,1 0,07 250 – 264 7 – 12 0,5 20 – 280C 1,488 – 1,450 0,907 – 0,913 22 – 230C 0,03 0,04 250 – 264 7 – 12 0,5 20 – 280C 1,488 – 1,450 0,907 – 0,913 22 – 230C Sumber : Hui (1996) 2. 2. Asam Lemak
Asam lemak senyawa alifatik dengan gugus karboksil. Asam-asam ini banyak dijumpai dalam minyak goreng, margarin atau lemak hewan. Bersama-sama dengan gliserol asam lemak merupakan penyusun utama minyak nabati atau hewan dan salah satu bahan baku untuk semua lipida pada makhluh hidup. Secara alami, asam lemak bisa berbentuk bebas maupun terikat dengan gliserida.
Asam karboksilat yang diperoleh dari hidrolisa suatu lemak atau minyak disebut asam lemak. Asam lemak merupakan bahan dasar pada industri oleo kimia. Dari asam lemak ini dapat diturunkan berbagai turunan asam lemak seperti : amida asam
lemak, alkohol asam lemak dan metil ester asam lemak yang kemudian dapat diubah kedalam berbagai turunan asam lemak melalui amidasi, klorinasi, hidrogenasi, sulfasi, sulfonasi dan reaksi lainnya (Fessenden, 1982).
Asam lemak yang ditemukan di alam dapat dibagi dalam dua golongan yaitu asam lemak jenuh dan asam lemak tak jenuh yang memiliki perbedaan pada jumlah dan posisi ikatan rangkapnya serta bentuk molekul keseluruhannya. Biasanya asam lemak tidak jenuh terdapat dalam bentuk cis dan trans karena molekulnya akan bengkok pada ikatan rangkap.
1. Asam lemak jenuh
Asam lemak jenuh merupakan asam lemak yang mengandung ikaran tunggal pada rantai hidrokarbonnya. Asam lemak jenuh bersifat lebih stabil, misalnya asam laurat, asam palmitat, asam stearat dan asam-asam lemak lainnya.
2. Asam lemak tak jenuh
Asam lemak tak jenuh merupakan asam lemak yang mengandung ikatan rangkap pada rantai karbonnya. Misalnya asam oleat, asam linoleat, asam linolenat dan asam-asam lemak lainnya.
Asam lemak dengan atom karbon lebih dari dua belas tidak dapat larut dalam air dingin maupun air panas sedangkan untuk asam lemak dari C4, C6, C8 dan C10 dapat menguap. Ini disebabkan karena garam-garam dari asam lemak yang mempunyai berat molekul rendah dan tidak jenuh lebih mudah larut dalam alkohol daripada garam-garam dari asam lemak yang mempunyai berat molekul tingkat jenuh.
Minyak/lemak dihidrolisa dengan pemanasan dan direfluks dengan katalis larutan metanolat yang alkalis, kemudian metanol yang berlebih diuapkan sebelum dilakukan pemberian asam sulfat secara stoikiometris yang diikuti oleh pemisahan asam lemak bebas yang terbentuk, seperti pada gambar 2. 2.
H2C O COR1 H2C OH
HC O COR2 + 3 NaOH HC OH + 3RCOONa H2C O COR3 H2C OH
trigliserida Gliserol garam asam lemak minyak/lemak
2RCOONa + H2SO4 RCOOH + Na2SO4
Garam asam lemak asam lemak Gambar 2. 2. Reaksi Pembentukan Asam Lemak
2. 3. Metil Ester Asam Lemak
Ester merupakan salah satu kelas dari golongan senyawa organik yang sangat berguna dan dapat diubah melalui berbagai proses menjadi aneka ragam senyawa lain yang umumnya banyak dijumpai di alam seperti lemak dan lilin (Fessenden, 1999). Ester mempunyai aroma yang harum seperti aroma buah-buahan dan bunga-bungaan yang diperoleh dari minyak buah-buahan yang dapat digunakan sebagai bahan pewangi dan bahan perasa.
Produk olahan minyak yang merupakan non pangan diantaranya adalah oleokimia. Salah satu produk turunan oleokimia adalah ester, contohnya adalah metil ester. Metil ester asam lemak digunakan sebagai senyawa intermediate untuk sejumlah oleokimia yaitu seperti fatty alcohol, alkanolamida, α-sulfonat, metil ester, gliserol monostearat, surfaktan gliserin dan asam lemak lainnya.
Permintaan metil ester dari tahun ke tahun meningkat karena metil ester merupakan bahan baku yang sangat penting bagi industri kimia. Diperkirakan pada periode 1991 – 1993 lebih dari senilai U$ 250 juta negara-negara industri seperti Amerika Serikat, Jepang, Jerman, Perancis dan Singapura membutuhkan metil ester. Salah satu diantaranya adalah perusahaan Lion of Japan yang telah menggunakan metil ester untuk memproduksi sabun mandi yang berkualitas, selain itu metil ester saat ini telah digunakan untuk membuat minyak diesel sebagai bahan bakar alternatif.
Metil ester asam lemak mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan asam lemak bebas (Trisakti, 1996), diantaranya yaitu :
1) Pemakaian energi sedikit karena membutuhkan suhu dan tekanan lebih rendah dibandingkan dengan asam lemak
2) Peralatan yang digunakan murah. Metil ester bersifat non korosif dan metil ester dihasilkan pada suhu dan tekanan lebih rendah, oleh karena itu proses pembuatan metil ester menggunakan peralatan yang terbuat dari karbon steel, sedangkan asam lemak bersifat korosif sehingga membutuhkan peralatan stainless steel yang kuat
3) Lebih banyak menghasilkan hasil samping gliserin yaitu konsentrat gliserin melalui reaksi transesterifikasi kering sehingga menghasilkan konsentrat
gliserin, sedangkan asam lemak, proses pemecahan lemak menghasilkan gliserin yang masih mengandung air lebih dari 80%, sehingga membutuhkan energi yang lebih banyak
4) Metil ester lebih mudah didistilasi karena titik didihnya lebih rendah dan lebih stabil terhadap panas
5) Dalam memproduksi alkanolamida, ester dapat menghasilkan superamida dengan kemurnian lebih dari 90% dibandingkan dengan asam lemak yang menghasilkan amida dengan kemurnian hanya 65-70%
6) Metil ester mudah dipindahkan dibandingkan asam lemak karena sifat kimianya lebih stabil dan non korosif.
Metil ester asam lemak dapat diperoleh dengan melakukan reaksi secara esterifikasi dan interesterifikasi. Pada reaksi esterifikasi, asam lemak bebas yang terbentuk dari proses penyabunan dan hidrolisa minyak/lemak yang direaksikan secara esterifikasi dengan metanol dan membentuk metil ester asam lemak, seperti pada gambar 2. 3.
H2SO4
RCOOH + CH3OH RCOOCH3 + H2O Asam lemak metanol metil ester asam lemak air
Gambar 2. 3. Reaksi Esterifikasi Metil Ester Asam Lemak
Proses terjadinya reaksi esterifikasi dengan katalis asam sangat lambat dimana asam dan alkohol selama beberapa jam dan kedalamnya telah ditambahkan sedikit
membentuk senyawa ester. Untuk lebih meningkatkan hasil reaksi esterifikasi maka digunakan asam karboksilat atau alkohol yang berlebihan (Solomon, 1994).
Selain itu metil ester asam lemak juga dapat dibuat secara reaksi interesterifikasi dari minyak dan lemak baik yang berasal dari hewan maupun tumbuhan. Reaksi interesterifikasi dapat berlangsung dengan katalis asam atau basa.
O O
R–C–O–R’ + R”–OH R–C–O–R” + R’–OH Ester 1 alkohol 1 ester 2 alkohol 2
Reaksi ini merupakan reaksi bolak-balik sehingga perlu dilakukan dalam kondisi anhidrous. Reaksi dapat dilihat pada gambar 2. 4.
O O–C–CH2R O O OH O–C–CH2R + 3CH3OH RCH2 – C – OCH3 + OH OH O O–C–CH2R
Trigeliserida alkohol metil ester asam lemak gliserol Gambar 2. 4. Reaksi Interesterifikasi Metil Ester Asam Lemak
Reaksi esterifikasi dapat juga dilakukan dengan beberapa cara yaitu : 1. Reaksi antara asam karboksilat dengan alkohol
RCOOH + R’OH RCOOR’ + H2O
2. Reaksi antara halida asam dengan alkohol
RCOCl + R’OH RCOOR’ + HCl
3. Reaksi antara anhidrida dengan alkohol
(RCO)2O + R’OH RCOOR’ + RCOOH
4. Reaksi antara karboksilat dengan alkil halida reaktif
RCOOH + R’X RCOOR’ + HX
2. 4. Amida Asam Lemak
Amida merupakan suatu senyawa yang tersusun dari C, H, O, N terbentuk dari asam karboksilat dan NH3. Dipandang dari strukturnya, amida dapat dianggap sebagai turunan asam karboksilat dimana gugus OH diganti oleh gugus NH2 atau dapat dianggap sebagai turunan dari amoniak dimana satu atom H-nya diganti oleh gugus alkil. Ada tiga macam amida (Ismail, 2002) yaitu :
a. Amida primer O R – C
NH2
b. Amida sekunder O R – C
NH – R
Merupakan turunan dari amoniak dimana 1 atom H-nya digantikan dengan dua gugus alkil, misalnya diasetamida
c. Amida tersier O R – C
N – R R
Merupakan turunan dari amoniak dimana 2 atom H-nya digantikan dengan dua gugus alkil, misalnya triasetamida.
Senyawa amida mengandung nitrogen yang mempunyai sepasang elektron menyendiri dalam suatu orbital terisi sehingga diharapkan amida dapat bereaksi dengan asam seperti amina, namun amida tidak dapat bereaksi dengan asam karena amida merupakan basa sangat lemah dengan pKb bernilai 15 – 16 (Fessenden, 1999). Keelektronegatifan oksigen lebih besar daripada karbon sehingga elektron pada karbon ditarik oleh oksigen dan atom karbon akan menjadi lebih elektropositif. Keadaan ini akan distabilkan oleh atom nitrogen yang memiliki sepasang elektron bebas sehingga membentuk resonansi seperti berikut :
O O
R C NH2 R C N+H2
kurang basa dibandingkan nitrogen amina
Seperti asam karboksilat, amida memiliki titik didih dan titik cair yang tinggi karena adanya pembentukan ikatan hidrogen. Amida mampu membentuk ikatan hidrogen intermolekul selama masih terdapat hidrogen yang terikat pada nitrogen. Senyawa ini juga sangat istimewa karena nitrogennya mampu melepaskan elektron dan mampu membentuk ikatan phi dengan karbonil (Bresnick, 1996). Pelepasan elektron ini menstabilkan hidrida resonansi.
R H C N H H O Oδ- O Oδ- H C Hδ+ C Hδ+ R N R N H H
Ikatan hidrogen pada amida Ikatan hidrogen dengan air
Amida asam lemak merupakan suatu senyawa kimia organik yang khas, dimana merupakan bahan padat yang memiliki aktivitas permukaan yang tinggi. Senyawa ini pada umumnya memiliki titik lebur yang tinggi, kestabilan yang baik dan paling menarik adalah memiliki kelarutan yang rendah dalam berbagai jenis pelarut.
Amida asam lemak dapat dibuat secara sintesis pada industri oleo kimia, dimana berlangsung dalam proses Batch. Pada proses ini, amoniak dan asam lemak bebas bereaksi pada suhu 2000C dan tekanan 345 – 690 kPa selama 10 – 12 jam. Dengan proses tersebutlah dibuat amida primer lauramida, miristamida serta yang lainnya.
RCOOH + NH3 RCONH2 + H2O
Selain proses batch, amida primer dapat diperoleh dengan mereaksikan amonia dengan metil ester asam lemak.
C11H23COOCH3 + NH3 C11H23CONH2 + CH3OH
Senyawa amida dapat disintesis melalui beberapa cara antara lain : 1. Dehidrasi garam amonium melalui pemanasan atau destilasi
CH3CO2NH4 CH3CONH2 + H2O
Senyawa asetamida dapat diperoleh dengan destilasi fraksionasi amonium asetat. Asam asetat biasanya ditambahkan sebelum pemanasan untuk menekan hidrolisis amonium asetat. Asam asetat dan air dapat dihilangkan dengan cara destilasi lambat.
2. Pemanasan asam dan urea
