HIDROGENASI PARSIAL , INTERESTERIFIKASI DAN METODE BLENDING
DISERTASI
OLEH
MELISSA TJENG
088103005 / KM
PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
HIDROGENASI PARSIAL , INTERESTERIFIKASI DAN METODE BLENDING
DISERTASI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor dalam Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
OLEH
MELISSA TJENG
088103005 / KM
PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
LEMBARAN PENGESAHAN DISERTASI
Judul disertasi :
Nama : MELISSA TJENG
Nomor Pokok : 088103005
Program Studi : Ilmu Kimia
Menyetujui :
Komisi Pembimbing
Prof.DR.Harlem Marpaung Promotor
Prof.DR.Jamaran Kaban, MSc Prof.Basuki Wirjosentono,MS,PhD Co-Promotor Co-Promotor
Ketua Program Studi S3 Kimia Dekan FMIPA USU
Prof.Basuki Wirjosentono,MS,PhD DR. Sutarman ,MSc
Prof.DR.Harlem Marpaung
Guru Besar Bidang Kimia Analitik
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Co – Promotor
Prof.DR.Jamaran Kaban, MSc
Guru Besar Bidang Sintesa Kimia Organik
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Co – Promotor
Prof.Basuki Wirjosentono,MS,PhD
Guru Besar Bidang Kimia Polimer
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
TIM PENGUJI
Ketua : Prof. Dr. Harlem Marpaung
Anggota : Prof. Dr. Jamaran Kaban , MSc
Prof. Dr. Basuki Wirjosentono , MS, Ph.D
Prof. Dr. Tonel Barus
Prof. Dr. Harry Agusnar , MSc, M.Phil
PERNYATAAN ORISINALITAS
Disertasi ini adalah karya penulis sendiri , dan semua sumber baik yang dikutip
maupun dirujuk telah penulis nyatakan dengan benar.
Nama : Melissa Tjeng
Nomor Pokok : 088103005
Penulis dilahirkan di Tanjung Pura, Kabupaten Langkat, pada tanggal : 16
Juni 1960. Merupakan anak ke-6 dari 8 bersaudara dari Bapak Tjeng Cin Hin
(Alm) dan Ibunda Lim Siu Moi.
Pendidikan formal penulis adalah :
Lulus SD Jaya Lama, Medan , tahun 1974
Lulus SMP Husni Thamrin, Medan , tahun 1977
Lulus SMA Husni Thamrin, Medan , tahun 1981
Lulus Sarjana Kimia pada FMIPA USU Medan, tahun 1986
Lulus Magister Management (MM), Sekolah Tinggi Ilmu Ekonomi IPWI Jakarta , tahun 1998
Lulus Master of Science (MSc) , pada Jakarta Institute Of Management Studies (JIMS) , accredited by the World Association of University and
Colleges (WAUCS), tahun 1998
Lulus Program Doktor Ilmu Kimia pada Sekolah Pascasarjana USU, Medan,
13 Oktober 2011
RIWAYAT PEKERJAAN
Pada tahun 1984 – 1986 sebagai guru Kimia di SMA Perguruan Sutomo Medan.
Pada tahun 1984 – 1986 sebagai guru Kimia di SMA Perguruan Hang Kesturi Medan.
Pada tahun 1987 -1994 sebagai Kepala Laboratorium di PT. Ivo Mas Tunggal , Belawan, Medan.
Serang , Jakarta.
Pada tahun 1999 – 2005 sebagai guru Kimia di Jakarta.
Pada tahun 2006 – 2007 sebagai Kepala Laboratorium di PT. Indopac , Medan.
Pada tahun 2008 – 2010 sebagai Quality Control Section Head di PT. Smart tbk , Belawan , Medan.
Pada tahun 2011sampai sekarang sebagai Quality Management Departement
Dalam upaya untuk melindungi kesehatan konsumen, dibutuhkan kadar
lemak trans yang sangat rendah. Dalam penelitian ini telah dilakukan pembuatan
coating fat dengan metode hidrogenasi parsial , interesterifikasi dan metode
blending untuk memperoleh kadar lemak trans yang rendah. Metode hidrogenasi
parsial dengan katalis nikel yang lebih murah dan ketersediaan (availability)
menghasilkan minimal asam lemak trans sedangkan metode blending
menghasilkan zero trans fat yang aman untuk dikonsumsi. Melalui metode reaksi
interesterifikasi komposisi asam lemak trans tidak berubah sebelum dan sesudah
reaksi.
Hidrogenasi parsial adalah salah satu cara proses modifikasi untuk
meningkatkan sifat fisika dan kimia minyak dan lemak. Hidrogenasi banyak
digunakan oleh industri untuk menghasilkan lemak pengganti kakao dan pada saat
ini sudah diaplikasi keberbagai produk seperti coating fat , lemak pengganti coklat
dan sebagainya. Proses hidrogenasi parsial dengan suhu rendah dan tekanan tinggi
akan menghasilkan minimal asam lemak trans. Kandungan lemak padat (SFC) ,
titik leleh (MP) , komposisi asam lemak (FAC), angka yodium (IV) dan asam
lemak trans (TFA) ditentukan dari hasil reaksi. Proses hidrogenasi parsial
menurunkan kandungan lemak padat yang rendah dan titik leleh (32-35 oC).
Lemak hasil reaksi akan berbentuk padat pada suhu ruang dan mencair pada suhu
tubuh dengan minimal asam lemak trans yang aman untuk dikonsumsi. Proses
blending banyak digunakan oleh industri untuk menggantikan proses hidrogenasi
dalam menurunkan asam lemak trans. Blending antara RBDHPKO (Refined
Bleached Deodorized Hydrogenated Palm Kernel Oil) dengan RBDPKO (Refined
Bleached Deodorized Palm Kernel Oil), ratio perbandingan (10:90), adalah
perbandingan yang baik untuk coating fat dengan zero trans fat yang aman untuk
dikonsumsi.
Kata kunci : hidrogenasi , asam lemak trans, lemak pengganti kakao, dan
ABSTRACT
In an effort to protect consumer health , it is needed minimal trans fat. The
development of the coating fat with partial hydrogenation , interesterification and
blending methods. Minimal trans fatty acid was obtained through a simple
reaction process of partial hydrogenation with nickel catalyst which the advantage
of cheap, simple and availability. Blending methods produce zero trans fat , is
safe for consumption where as with the interesterification reaction the fatty acid
composition is not change before and after reaction.
Partial hydrogenation is one of the most important part of the modification
process for increase physical and chemical properties of oils and fats. Industries
are now relying more on hydrogenation process to produce low trans fats, and this
fat was used to many product such as coating fat , cocoa butter substitute etc.
However the partial process of hydrogenation with low temperature and high
pressure was applied to minimize trans fatty acid. The Solid Fat Content (SFC) ,
melting point (MP) ,Fatty Acid Composition (FAC), Iodine Value (IV) and trans
fatty acid (TFA) were determined of fat obtained by the hydrogenation process.
Partial hydrogenation process reduced low solid fat content and result a good
product with melting point ( 32-35 oC). It was solid in room temperature and melts
at body temperature by minimizing trans fatty acid and safe to be consumed.
Blending process was used to reduce trans fatty acid by replacing hydrogenation
process. Blending RBDHPKO (Refined Bleached Deodorized Hydrogenated Palm
Kernel Oil) with RBDPKO (Refined Bleached Deodorized Palm kernel Oil) with
the ratio 10:90 yield good coating fat.
Key words : hydrogenation , trans fatty acid , cocoa butter substitute ,
UCAPAN TERIMA KASIH
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, berkat
karunia dan rahmat serta hidayah –Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan
tugas disertasi ini.
Pada kesempatan ini penulis dengan tulus menyampaikan terima kasih
yang sebesar-besarnya kepada Rektor Universitas Sumatera Utara Bapak Prof. Dr.
dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, MSc (CTM), SpA(K) , Direktur Sekolah
Pascasarjana Universitas Sumatera Utara Bapak Prof.Dr.Ir. Rahim Matondang
MSIE , Dekan FMIPA Bapak Dr.Sutarman,MSc dan ketua Program S3 Kimia
Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS,PhD , atas kesempatan yang diberikan
kepada penulis untuk mengikuti pendidikan di Program Doktor Ilmu Kimia di
Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara Medan.
Terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan yang tinggi penulis sampaikan
kepada :
1 Bapak Prof. DR.Harlem Marpaung , selaku dosen/Promotor yang telah
banyak meluangkan waktu untuk memberikan pengarahan dan bimbingan
dalam penulisan disertasi ini.
2 Bapak Prof.DR.Jamaran Kaban ,MSc, selaku Co-Promotor yang telah
memberikan kesempatan, bimbingan , pengarahan dan bantuan dalam
menyelesaikan penulisan disertasi ini.
3 Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS,PhD, selaku ketua Program S3
kimia dan Co-Promotor yang telah banyak memberikan dorongan ,
semangat , bimbingan dan bantuan dalam penulisan disertasi ini.
4 Ananda tercinta, Citra Aryanti dan Yurika Aristya adalah mutiara berharga
yang menghiasi hidup , yang memberikan semangat , motivasi dan warna
Sarjana, USU, hingga selesainya penulisan disertasi.
5 Ayahanda (alm) dan ibunda tercinta , yang telah membesarkan dan
memberikan kasih sayang yang tak terhingga baik dalam moril maupun
materi kepada saya.
6 Seluruh staff pengajar program doktor ilmu kimia FMIPA USU penulis
mengucapkan terima kasih atas ilmu pengetahuan, pengalaman dan
bantuan yang diberikan pada saya.
7 Kepada senior , sahabat , teman-teman sekelas S3 Kimia dan semua pihak
yang secara langsung atau tidak langsung telah membantu penulis dalam
menyelesaikan disertasi ini.
8 Pimpinan Perusahaan , staff dan karyawan PT.Smart Tbk , yang telah
memberikan kesempatan kepada penulis untuk melakukan penelitian di
laboratorium serta pemakaian alat dan chemical yang berkaitan dengan
judul disertasi ini.
9 Seluruh staff dan analis laboratorium PT. Smart Tbk Belawan yang telah
membantu dalam menyelesaikan disertasi ini.
10 Pimpinan , staff dan seluruh keluarga besar Laboratorium TPD Surabaya ,
yang telah memberikan fasilitas pemakaian hydro reactor dan fasilitas
pemakaian alat lainnya yang menyangkut judul penelitian.
Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu memberikan Ridho dan Rahmatnya bagi
kita semua.
Medan, 2011
Halaman
ABSTRAK ………... i
ABSTRACT ………. ii
UCAPAN TERIMA KASIH ……… iii
DAFTAR ISI ………... v
DAFTAR TABEL ……… viii
DAFTAR GAMBAR GRAFIK ……… ix
DAFTAR LAMPIRAN ……… xi
DAFTAR SINGKATAN ………. xiv
BAB I PENDAHULUAN ……….. 1
1.1 Latar Belakang ………. 1
1.2 Permasalahan ………. 5
1.3 Hipotesa ……….. 5
1.4 Tujuan ………. 5
1.5 Manfaat ………... 6
1.6 Lokasi Penelitian ……… 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ……… 7
2.1 Minyak dan lemak ……….. 7
2.2 Mekanisme proses hidrogenasi ……… 8
2.2.1 Transfer dan difusi ……….. 9
2.2.2 Skema diagram dari reaksi hidrogenasi …………. 9
2.2.3 Formasi ikatan rangkap migrasi ………. 11
2.2.4 Formasi ikatan rangkap migrasi dan transisomer … 11 2.2.5 Terbentuk konjugat Fatty Acid ……… 12
2.2.6 Adsorpsi ……….. 13
2.2.6.1 Adsorpsi atau penyerapan ………. 14
2.2.6.2 Disosiasi ………... 14
2.2.6.3 Ionisasi ………. 14
2.2.6.4 Difusi ………... 14
2.2.6.5 Recombinasi ……… 14
2.2.6.6 Desorpsi ………... 14
2.2.7 Jenis-jenis Hidrogenasi ……….. 15
2.2.8 Kebutuhan katalis dan gas hidrogen ………. 21
2.2.9 Faktor-faktor yg mempengaruhi hidrogeasi ……. 22
2.3 Sifat –sifat fisik minyak dan lemak ……… 26
2.3.1 Solid Fat Content ………. 26
2.3.2 Melting Point ……….. 27
2.3.3 Slip Melting Point ……… 27
2.3.4 Iodine Value ………. 27
2.3.5 Aplikasi Produk Hidrogenasi ……….. 28
2.4.1.2 Interesterifikasi enzimatik ……….. 33
2.4.2 Blending ……… 34
2.5 Asam lemak trans ……… 35
BAB III METODOLIGI PENELITIAN ………... 38
3.1 Bahan-bahan ……… 38
3.2 Peralatan ……….. 38
3.3 Metode Penelitian ……… 38
3.4 Prosedur Penelitian ………... 39
3.4.1 Parsial Hidrogenasi ……… 39
3.4.1.1 Persiapan reaktor ……….. 39
3.4.1.2 Prosedur kerja reaksi hidrogenasi ………. 39
3.4.1.3 Prosedur sampling ……… 41
3.4.2. Blending ………. 42
3.4.2.1 Perlakukan blending ………. 42
3.4.3 Interesterifikasi ………... 43
3.4.3.1 Interesterifikasi minyak sawit ………….. 44
3.4.4 Penentuan angka yodium ……… 44
3.4.5 Penentuan titik leleh ……… 45
3.4.6 Penentuan lemak padat ………... 46
3.4.7 Penentuan FAC / Trans fatty acid ……….. 49
3.4.8 Kondisi operasi reaksi hidrogenasi parsial ………. 50
3.5 Bangan Penelitian ………. 51
3.5.1. Skema Penelitian ……… 51
3.5.2. Diagram Interesterifikasi ……… 52
3.5.3 Diagram angka yodium ………... 53
3.5.4. Diagram Preparasi FAME ……….. 54
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ………... 55
4.1 Hasil ……… 55
4.1.1. Komposisi asam lemak dan asam lemak trans ….. 55
4.1.2. Penentuan kandungan lemak padat ………. 63
4.1.4. Gambar grafik ………. 67
4.2 Pembahasan ……… 72
4.2.1. Komposisi asam lemak trans (TFA) ………. 72
4.2.2. Asam lemak asam lemak (FAC) ……….. 75
4.2.3. Kandungan lemak padat (SFC) ………. 76
4.2.4. Titik leleh (MP) ……….. 79
4.2.5. Penentuan angka yodium ……… 80
4.2.6. Komposisi blending coating fat ………. 80
5.2 Saran ……… 84
DAFTAR PUSTAKA ……… 85
LAMPIRAN ……….. 91
Tabel Judul Hal
4.1 Komposisi asam lemak (FAC) reaksi 1-3.……… 56
4.2 Komposisi asam lemak (FAC) reaksi 4-8………. 57
4.3 Komposisi asam lemak (FAC) reaksi O1-O3……….. 58
4.4 Komposisi asam lemak (FAC) reaksi O4-O5……….. 59
4.5 Komposisi asam lemak (FAC) , RBDHPKO + RBDPKO…….. 60
4.6 Komposisi asam lemak (FAC) interesterifikasi……… 61
4.7 Komposisi asam lemak (FAC) RBDPS + RBDPKL... 61
4.8 Komposisi asam lemak (FAC) ,RBDHPKO+RBDHPKOlein…. 62 4.9 Hubungan antara SFC, IV dan MP reaksi 1-4……….. 63
4.10 Hubungan antara SFC, IV dan MP reaksi 5-8……….. 64
4.11 Hubungan antara SFC, IV dan MP reaksi O1………... 64
4.12 Hubungan antara SFC, IV dan MP reaksi O2-O5……… 65
4.13 Hubungan antara SFC, IV dan MP RBDHPKO+RBDPKO…… 66
4.14 Hubungan antara SFC, IV dan MP IE……….. 66
4.15 Hubungan antara SFC, IV dan MP RBDPS + RBDPKL, IE….. 67
Gambar Judul Halaman
2.1 Absorbsi hydrogen ke permukaan katalis ……… 9
2.2 Transfer atom hydrogen dari permukaan katalis …………. 10
2.3 Mekanisme reaksi hidrogenasi ………. 10
2.4 Formasi migrasi dan transisomer pada reaksi hidrogenasi I. 11 2.5 Formasi migrasi dan transisomer pada reaksi hidrogenasi II. 12 2.6 Konjugasi fatty acid……… 12
2.7 Migrasi membentuk konjugasi fatty acid ………. 13
2.8 Adsorpsi pada hidrogenasi ……… 13
2.9 Reaksi hidrogenasi ……… 16
2.10 Pembentukan cis/trans hasil hidrogenasi ………. 17
2.11 Struktur cis dan trans asam oleat ……….. 17
2.12 Reaksi addisi gas hidrogen ……….. 18
2.13 Reaksi penjenuhan ikatan rangkap ………... 19
2.14 Bentuk cis/trans hasil hidrogenasi ………. 19
2.15 Diagram alur proses hidrogenasi ……….. 20
2.16 Reaksi oksidasi-reduksi dengan hidrogenasi ……… 20
2.17 Diagram alur interesterifikasi ………... 31
2.18 Mekanisme intramolekul ester ………. 32
2.19 Mekanisme intermolekul ester ………. 32
2.20 Interesterifikasi random ……… 33
2.21 Diagram alur interesterifikasi enzimatik ……….. 34
4.1 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi 1………. 68
4.2 Hubungan antara IV, MP dan TFA reaksi 2………. 68
4.3 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi 3………. 68
4.4 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi 4………. 68
4.5 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi 5………. 68
4.6 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi 6………. 68
4.7 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi 7………. 68
4.8 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi 8………. 68
4.9 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi O1……….. 69
4.10 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi O2……….. 69
4.11 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi O3……….. 69
4.12 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi O4……….. 69
4.13 Hubungan antara IV , MP dan TFA reaksi O5……….. 69
4.14 Hubungan antara IV , MP dan TFA hasil blending antara RBDHPKO + RBDPKO………. 69 4.15 Hubungan antara IV , MP dan TFA hasil blending antara RBDHPKO + RBDHPKL……….. 69 4.16 SFC reaksi 1……… 70
4.17 SFC reaksi 2……… 70
4.20 SFC reaksi 5……… 70
4.21 SFC reaksi 6……… 70
4.22 SFC reaksi 7……… 70
4.23 SFC reaksi 8……… 70
4.24 SFC reaksi O1………. 71
4.25 SFC reaksi O2………. 71
4.26 SFC reaksi O3………. 71
4.27 SFC reaksi O4………. 71
4.28 SFC reaksi O5………. 71
4.29 SFC hasil blending antara RBDHPKO + RBDPKO……….. 71
4.30 SFC hasil blending antara RBDHPKO + RBDHPKL……… 71
Lampiran Judul Halaman
Gambar Peralatan Penelitian 91
4.1 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 1.1……… 92
4.2 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 1.2……… 93
4.3 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 2.1……… 94
4.4 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 2.2……… 95
4.5 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 2.3……… 96
4.6 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 2.4……… 97
4.7 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 2.5……… 98
4.8 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 2.6……… 99
4.9 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 2.7……… 100
4.10 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 2.8……… 101
4.11 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 2.9……… 102
4.12 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 3.1……… 103
4.13 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 3.2……… 104
4.14 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 3.3………. 105
4.15 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 3.4………. 106
4.16 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 3.5………. 107
4.17 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 3.6………. 108
4.18 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 4.1………. 109
4.19 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 4.2………. 110
4.20 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 4.3………. 111
4.21 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 5.1………. 112
4.22 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 6.1………. 113
4.23 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 6.2………. 114
4.24 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 6.3………. 115
4.25 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 7.1………. 116
4.26 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 7.2………. 117
4.27 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 7.3………. 118
4.28 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 7.4………. 119
4.29 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 8.1………. 120
4.30 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 8.2………. 121
4.31 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 8.3………. 122
4.32 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 8.4………. 123
4.33 GC hidrogenasi parsial RBDPKO , reaksi 8.5………. 124
4.34 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O1.1………… 125
4.35 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O1.2………… 126
4.36 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O1.3………... 127
4.37 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O1.4………… 128
4.38 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O2.1………... 129
4.41 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O2.4………… 132
4.42 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O2.5………… 133
4.43 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O2.6………… 134
4.44 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O3.1………… 135
4.45 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O3.2………… 136
4.46 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O3.3………… 137
4.47 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O3.4………… 138
4.48 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O4.1………… 139
4.49 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O4.2………… 140
4.50 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O5.1………… 141
4.51 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O5.2………… 142
4.52 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O5.3………… 143
4.53 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O5.4………… 144
4.54 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O5.5………… 145
4.55 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O5.6………… 146
4.56 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O5.7………… 147
4.57 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O5.8………… 148
4.58 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O5.9………… 149
4.59 GC hidrogenasi parsial RBDPKOlein , reaksi O5.10……….. 150
4.60 GC hasil hidrogenasi (A=RBDHPKO) ……….. 151
4.61 GC Komposisi asam lemak (FAC) RBDPKO (B) ………… 152
4.62 GC blending antara RBDHPKO 10% + RBDPKO 90%... 153
4.63 GC blending antara RBDHPKO 20% + RBDPKO 80%... 154
4.64 GC blending antara RBDHPKO 30% + RBDPKO 70%... 155
4.65 GC blending antara RBDHPKO 40% + RBDPKO 60%... 156
4.66 GC blending antara RBDHPKO 50% + RBDPKO 50%... 157
4.67 GC blending antara RBDHPKO 60% + RBDPKO 40%... 158
4.68 GC blending antara RBDHPKO 70% + RBDPKO 30%... 159
4.69 GC blending antara RBDHPKO 80% + RBDPKO 20%... 160
4.70 GC blending antara RBDHPKO 90% + RBDPKO 10%... 161
4.71 GC RBDPKO IV 17.36 sebelum IE………. 162
4.72 GC RBDPKO IV 17.36 sesudah IE………. 163
4.73 GC RBDHPKO IV 0.302 sebelum IE………. 164
4.74 GC RBDHPKO IV 0.402 sesudah IE……… 165
4.75 GC RBDHPO IV 33.45 sebelum IE………. 166
4.76 GC RBDHPO IV 33.45 sesudah IE………. 167
4.77 GC RBDHPO IV 44.09 sebelum IE………. 168
4.78 GC RBDHPO IV 43.75 sesudah IE………. 169
4.79 GC RBDHPKO : RBDHPKO 88:12 sebelum IE……… 170
4.80 GC RBDHPKO : RBDHPKO 88:12 sesudah IE………. 171
4.81 GC RBDHPKO 100 ……….. 172
4.82 GC RBDHPKO 95 : RBDHPKOlein 5 ……….. 173
4.83 GC RBDHPKO 90 : RBDHPKOlein 10 ……….. 174
4.86 GC RBDHPKO 75 : RBDHPKOlein 25 ……… 177
4.87 GC RBDHPKO 70 : RBDHPKOlein 30 ……… 178
4.88 GC RBDHPKO 65 : RBDHPKOlein 35 ……… 179
4.89 GC RBDHPKO 60 : RBDHPKOlein 40 ……… 180
4.90 GC RBDHPKO 55 : RBDHPKOlein 45 ……… 181
4.91 GC RBDHPKO 50 : RBDHPKOlein 50 ……… 182
4.92 GC RBDHPKO 45 : RBDHPKOlein 55 ……… 183
4.93 GC RBDHPKO 40 : RBDHPKOlein 60 ………. 184
4.94 GC RBDHPKO 35 : RBDHPKOlein 65 ……… 185
4.95 GC RBDHPKO 30 : RBDHPKOlein 70 ………. 186
4.96 GC RBDHPKO 25 : RBDHPKOlein 75 ……… 187
4.97 GC RBDHPKO 20 : RBDHPKOlein 80 ……… 188
4.98 GC RBDHPKO 15 : RBDHPKOlein 85 ……… 189
4.99 GC RBDHPKO 10 : RBDHPKOlein 90 ……… 190
4.50 GC RBDHPKO 5 : RBDHPKOlein 95 ………. 191
4.51 GC RBDHPKOlein 100 ………. 192
AOCS American Oil Chemist Sociaty
ALJ Asam lemak jenuh
ALTJ Asam lemak tak jenuh
CBS Cocoa Butter Substitute , lemak pengganti coklat
CF Coating Fat
Cooling liquid Cairan anti beku
CPKO Crude Palm Kernel Oil
CPKOL Crude Palm Kernel Olein
CPKST Crude Palm Kernel Stearin
FAC Fatty Acid Composition , komposisi asam lemak
FAME Fatty Acid Methyl Ester
FID Free Induction Decay
GC Gas Chromatographi
HDL High Density Lipoprotein
HPKO Hydrogenated Palm Kernel Oil
HPKOL Hydrogenated Palm Kernel Olein
HPKST Hydrogenated Palm Kernel Stearin
IV Iodine Value , angka iodium
LDL Low Density Lipoprotein
MP Melting point , titik lebur
NMR Nuclear Magnetic Resonance
PCF Premium Coating Fat
PVC Poly Vinyl Chlorida
RBDHPKO Refined Bleached Deodorized Hydrogenated Palm Kernel Oil
RBDHPKOL Refined Bleached Deodorized Hydrogenated Palm Kernel Olein
RBDHPKST Refined Bleached Deodorized Hydrogenated Palm Kernel Stearin
RBDPKO Refined Bleached Deodorized Palm Kernel Oil
RBDPKOL Refined Bleached Deodorized Palm Kernel Olein
RBDPKST Refined Bleached Deodorized Palm Kernel Stearin
RBDPO Refined Bleached Deodorized Palm Oil
RBDPST Refined Bleached Deodorized Palm Stearin
RBDHPO Refined Bleached Deodorized Hydrogenated Palm Oil
SFC Solid Fat Content , kandungan lemak padat
SFI Solid Fat Index
SMP Slip Melting Point , titik lebur
STS Sodium Tristearat
TFA Trans Fatty Acid , asam lemak trans
Valve Katup
Dalam upaya untuk melindungi kesehatan konsumen, dibutuhkan kadar
lemak trans yang sangat rendah. Dalam penelitian ini telah dilakukan pembuatan
coating fat dengan metode hidrogenasi parsial , interesterifikasi dan metode
blending untuk memperoleh kadar lemak trans yang rendah. Metode hidrogenasi
parsial dengan katalis nikel yang lebih murah dan ketersediaan (availability)
menghasilkan minimal asam lemak trans sedangkan metode blending
menghasilkan zero trans fat yang aman untuk dikonsumsi. Melalui metode reaksi
interesterifikasi komposisi asam lemak trans tidak berubah sebelum dan sesudah
reaksi.
Hidrogenasi parsial adalah salah satu cara proses modifikasi untuk
meningkatkan sifat fisika dan kimia minyak dan lemak. Hidrogenasi banyak
digunakan oleh industri untuk menghasilkan lemak pengganti kakao dan pada saat
ini sudah diaplikasi keberbagai produk seperti coating fat , lemak pengganti coklat
dan sebagainya. Proses hidrogenasi parsial dengan suhu rendah dan tekanan tinggi
akan menghasilkan minimal asam lemak trans. Kandungan lemak padat (SFC) ,
titik leleh (MP) , komposisi asam lemak (FAC), angka yodium (IV) dan asam
lemak trans (TFA) ditentukan dari hasil reaksi. Proses hidrogenasi parsial
menurunkan kandungan lemak padat yang rendah dan titik leleh (32-35 oC).
Lemak hasil reaksi akan berbentuk padat pada suhu ruang dan mencair pada suhu
tubuh dengan minimal asam lemak trans yang aman untuk dikonsumsi. Proses
blending banyak digunakan oleh industri untuk menggantikan proses hidrogenasi
dalam menurunkan asam lemak trans. Blending antara RBDHPKO (Refined
Bleached Deodorized Hydrogenated Palm Kernel Oil) dengan RBDPKO (Refined
Bleached Deodorized Palm Kernel Oil), ratio perbandingan (10:90), adalah
perbandingan yang baik untuk coating fat dengan zero trans fat yang aman untuk
dikonsumsi.
Kata kunci : hidrogenasi , asam lemak trans, lemak pengganti kakao, dan
ABSTRACT
In an effort to protect consumer health , it is needed minimal trans fat. The
development of the coating fat with partial hydrogenation , interesterification and
blending methods. Minimal trans fatty acid was obtained through a simple
reaction process of partial hydrogenation with nickel catalyst which the advantage
of cheap, simple and availability. Blending methods produce zero trans fat , is
safe for consumption where as with the interesterification reaction the fatty acid
composition is not change before and after reaction.
Partial hydrogenation is one of the most important part of the modification
process for increase physical and chemical properties of oils and fats. Industries
are now relying more on hydrogenation process to produce low trans fats, and this
fat was used to many product such as coating fat , cocoa butter substitute etc.
However the partial process of hydrogenation with low temperature and high
pressure was applied to minimize trans fatty acid. The Solid Fat Content (SFC) ,
melting point (MP) ,Fatty Acid Composition (FAC), Iodine Value (IV) and trans
fatty acid (TFA) were determined of fat obtained by the hydrogenation process.
Partial hydrogenation process reduced low solid fat content and result a good
product with melting point ( 32-35 oC). It was solid in room temperature and melts
at body temperature by minimizing trans fatty acid and safe to be consumed.
Blending process was used to reduce trans fatty acid by replacing hydrogenation
process. Blending RBDHPKO (Refined Bleached Deodorized Hydrogenated Palm
Kernel Oil) with RBDPKO (Refined Bleached Deodorized Palm kernel Oil) with
the ratio 10:90 yield good coating fat.
Key words : hydrogenation , trans fatty acid , cocoa butter substitute ,
BAB I PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG
Pada umumnya hasil proses hidrogenasi parsial akan terbentuk trans fatty
acid (TFA) yang tidak diinginkan. Asam lemak trans cenderung meningkatkan
kadar kolesterol total dalam darah yang dapat menyebabkan timbulnya penyakit
kardiovaskuler (jantung koroner), sehingga asam lemak trans perlu dihilangkan
atau di minimalkan.
Asam lemak tidak jenuh (memiliki ikatan rangkap) yang terdapat di
minyak dapat berada dalam dua bentuk yakni cis dan trans. Asam lemak tak jenuh
yang terdapat di alam biasanya berada sebagai asam lemak cis, hanya sedikit
bentuk trans. Jumlah asam lemak trans dapat meningkat akibat pengolahan seperti
hidrogenasi , pemanasan pada suhu tinggi. (Sebedio and Chardigny, 1996, Martin
et al, 1998, Silalahi, 2002).
Proses hidrogenasi ditemukan pada tahun 1903 oleh Norman. Penemuan
reaksi hidrogenasi katalitik minyak nabati memungkinkan minyak cair
dikonversikan menjadi solid dan semi solid dengan konsistensi tertentu yang
sesuai untuk aplikasi margarin dan shortening. Proses ini terdiri dari pemanasan
dengan adanya hidrogen elementer yang dibantu oleh suatu katalisator logam ,
biasanya menggunakan Nikel. Keuntungan menggunakan Nikel katalis antara lain
adalah ketersediaan (availability) dan lebih murah bila dibandingkan katalis lain.
Hasil hidrogenasi parsial ialah terjadinya penjenuhan sebagian dari ikatan
tak jenuh asam lemak, isomerisasi ikatan rangkap bentuk cis (alami) menjadi
bentuk trans dan perubahan posisis ikatan rangkap. Perubahan ini akan menaikkan
titik leleh, berarti mengubah minyak cair menjadi lemak setengah padat yang
sesuai kebutuhan. (O’Brien, 1998, Silalahi , 2002). Proses Hidrogenasi luas
digunakan secara komersial untuk meningkatkan titik-lebur dan untuk
warna dan bau, meningkatkan stabilitas dan tahan terhadap oksidasi. Asam
lemak trans dari hidrogenasi tradisional terbentuk pada saat proses dan mendapat
pengawasan ketat berkaitan dengan kesehatan manusia.
Hubungan antara kondisi proses dan efek terhadap Selectivity Ratio,
kandungan Trans, dan kecepatan reaksi yaitu : Temperatur yang tinggi akan
menghasilkan lebih banyak TFA (Trans Fatty Acid). Tekanan yang tinggi dan Ni
katalis yang lebih akan mengurangi TFA (Trans Fatty Acid). Klasifikasi
kandungan asam lemak trans (TFA) :
High trans product : > 20% TFA
Low trans product : < 5% TFA (minimal trans fat).
Zero trans product : < 0.5% TFA
(Perryman Shirley, et al , 2006).
Hidrogenasi parsial adalah mereaksikan minyak dengan gas H2 dan katalis
untuk membuat ikatan rangkap menjadi ikatan tunggal membentuk ikatan jenuh.
Hasil reaksi akan membentuk ikatan jenuh ,migrasi dari ikatan rangkap dan
terbentuk Trans-fatty acid. Ciri khas kondisi proses partial hidrogenasi sbb :
Temperatur : 150 – 180 oC
Tekanan H2 : 2 – 20 bar
Katalis : Ni katalis (100 ppm Ni)
% trans : f (T,P,Ni)
Sejak tahun 1990 penelitian tentang efek negative dari TFA meningkat
karena ternyata TFA dapat meningkatkan resiko penyakit jantung koroner.
(Mensink , et al., 1992 ; Judd,et al., 1994 ; Ascherio , et al., 1994 ; Subbaiah, et al
., 1998 ; Oomen, et al., 2001, Silalahi , 2002).
Untuk menghindari terjadinya trans fatty acid atau membuat minimal
trans fat pada saat proses parsial hidrogenasi , dapat menggunakan katalis Pt dan
Zero trans fat juga dapat diperoleh dari blending minyak nabati seperti
minyak kelapa ,Palm Stearin, dan soybean oil parsial hidrogenasi (PH-SBO).
(Reyes-Hernandedz,J.et al. JAOCS , Nov 2007).
Zero trans fat shortening diperoleh dari blending Palm Stearin dengan Rice
Bran Oil, dengan mengatur kecepatan agitasi dan mempertahankan temperatur
kristalisasi supaya hasil produk akhir bebas trans fat. (Mayamol, P.N., JAOCS,
April 2004).
Dari hasil penelitian selama dekade terakhir menunjukkan dampak negatif
TFA terhadap kesehatan yaitu memicu penyakit jantung koroner. (Silalahi, J.
2002). Pada reaksi hidrogenasi terjadi pengikatan atom H , sehingga molekul cis
akan berubah menjadi molekul trans. Bentuk trans sulit mengalami efek polarisasi
meski dipengaruhi oleh medan. Hal ini karena molekul trans selain mempunyai
gaya tarik van der Waals yang sangat kuat, juga mempunyai rantai zig –zag.
Atom H pada asam lemak trans yang letaknya berseberangan menyebabkan
molekul tersebut tidak mengalami efek polarisasi yang kuat sehingga rantainya
tetap relatif lurus. (Silalahi ,2000 ; K Sofjan dkk, 2008).
Dari penelitian sebelumnya ,dengan parsial hidrogenasi belum dapat
menghasilkan zero trans fat , hal ini merupakan suatu tantangan untuk melakukan
penelitian mengenai reaksi parsial hidrogenasi terhadap Palm Kernel Oil untuk
menghasilkan coating fat , minimal atau zero trans fat (TFA) yang berkualitas
baik dan aman untuk dikonsumsi. Dalam penelitian ini dicoba melakukan reaksi
partial hidrogenasi dari minyak inti sawit (Palm Kernel Oil ) , menggunakan Ni
sebagai katalis dan memberikan gas hidrogen secara langsung atau di permukaan
katalis. Dengan menggunakan logam Ni dan untuk memungkinkan pasokan
hidrogen terlarut di dekat lokasi dimana kontak fasa cair minyak dengan fasa
padat katalis Ni. Dengan memodifikasi beberapa faktor dalam reaksi hidrogenasi
parsial seperti :
• Konsentrasi dari katalis
• Tekanan (reaksi) – konsentrasi dari gas H2
• Tingkat kecepatan dari agitasi
Diharapkan dapat menghasilkan coating fat minimal trans fat (TFA) yang baik
untuk kesehatan dan berkualitas baik untuk dikonsumsi. Beberapa aplikasi produk
yang sejalan dengan perkembangan ini adalah pembuatan cocoa butter. Salah satu
lingkup aplikasi dari produk cocoa butter adalah dalam bidang confectionery,
dimana produk tersebut dapat digunakan sebagai coating fat. Ada dua alasan
untuk menghidrogenasi minyak. Yang pertama adalah untuk mengubah lemak dan
minyak menjadi suatu bentuk fisik dengan karakteristik konsistensi dan handling
yang sesuai dengan fungsionalitasnya. Alasan lain dari proses hidrogenasi adalah
untuk meningkatkan stabilitas produk (misalnya, untuk frying fat) terhadap
oksidasi serta menambah keberagaman aplikasi yang dapat diterapkan. Biasanya
hidrogenasi minyak digambarkan sesederhana sebagai penjenuhan dari ikatan
rangkap dalam minyak tidak jenuh dengan hidrogen, menggunakan nikel sebagai
katalisnya. Padahal terdapat beberapa reaksi yang sangat kompleks selama proses
hidrogenasi. Produk dari hidrogenasi merupakan campuran yang sangat kompleks
karena beberapa reaksi simultan terjadi , penjenuhan ikatan rangkap, isomer cis /
trans dan pemindahan ikatan rangkap.
Keistimewaan dari cocoa butter adalah berbentuk padat pada temperatur
kamar memiliki titik leleh 32 – 35 oC , mulai meleleh pada 30 – 32 oC dan cepat
meleleh pada suhu tubuh. Produksi cocoa butter sangat dipengaruhi oleh produksi
buah coklat, biaya produksi yang besar sehingga harganya mahal, oleh karena itu
perlu dilakukan modifikasi lemak untuk mendapatkan alternatif lain sebagai
pengganti cocoa butter. Dalam industri berbasis minyak sawit , proses pengolahan
terus berkembang untuk memenuhi keinginan para konsumennya, pengolahan kini
tidak terbatas pada proses refining dari minyak mentah menjadi minyak goreng.
Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi telah membantu industri untuk
mengubah ikatan–ikatan dalam molekul trigliserida minyak yang berupa ikatan
rangkap menjadi ikatan tunggal yang lebih stabil. Dengan proses hidrogenasi
ditujukan agar diperoleh karakteristik produk yang berbeda dari sebelumnya,
seperti stabilitas yang lebih baik terhadap oksidasi baik selama penyimpanan
maupun saat digunakan dan berwujud padat pada suhu ruang serta mencair pada
Berdasarkan uraian diatas timbul keinginan untuk melakukan penelitian
hidrogenasi parsial untuk menghasilkan minimal trans fat dan menentukan jenis
dan persentasi lemak terbaik untuk menghasilkan zero trans fat melalui metode
blending.
1.2. PERMASALAHAN
Apakah dengan reaksi hidrogenasi parsial yang umumnya menghasilkan trans isomer pada saat proses dapat di ubah menjadi minimal trans fat
dengan memodifikasi kondisi proses ?
Berapakah ratio perbandingan persentasi yang optimal untuk blending lemak hidrogenasi (RBDHPKO) dengan RBDPKO supaya menghasilkan
cocoa butter substitute / coating fat dengan zero trans fat yang aman untuk
dikonsumsi?
Apakah reaksi Interesterifikasi dapat menghasilkan minimal trans fat sesuai kondisi proses yang dilakukan ?
1.3. HIPOTESA
Hidrogenasi parsial minyak inti sawit RBDPKO dan RBDPKOlein dapat membentuk lemak kakao (cocoa butter substitute) yang kaya akan asam
laurat (C12) sebagai sumber asam lemak kalori rendah dan dengan
kondisi reaksi suhu rendah menghasilkan minimal asam lemak trans yang
aman untuk dikonsumsi.
Hasil blending antara RBDHPKO dengan RBDPKO akan menghasilkan zero asam lemak trans yang berkualitas baik dan aman untuk dikonsumsi.
Sebelum dan sesudah reaksi Interesterifikasi tidak ada terjadi perubahan komposisi asam lemak trans.
1.4. TUJUAN
asam lemak trans yang berkualitas baik dan dapat memenuhi berbagai
spesifikasi standard yang diinginkan pasar.
Menghasilkan cocoa butter substitute / premium coating fat dengan metode blending antara RBDHPKO dengan RBDPKO yang berkualitas
baik.
Menghasilkan produk yang berbeda dari sebelumnya, seperti stabilitas yang lebih baik terhadap oksidasi baik selama penyimpanan maupun saat
digunakan dan berwujud padat pada suhu ruang dan mencair pada suhu
tubuh , konsistensi produk yang lebih baik, memiliki tekstur dan citarasa
yang baik sesuai dengan permintaan konsumen.
1.5. MANFAAT
Dapat memberikan kontribusi dalam mengatasi terbentuknya trans fat pada reaksi hidrogenasi parsial, sehingga menghasilkan minimal trans fat yang
aman dan berkualitas baik untuk dikonsumsi.
Sebagai kontribusi memberi informasi kepada produsen minyak inti sawit (CPKO) di Indonesia bahwa melalui reaksi hidrogenasi parsial dapat
dihasilkan lemak pengganti coklat (Cocoa Butter Substitute) / coating fat
type baru dengan minimal trans fat yang memenuhi berbagai spesifikasi
standard dan zero TFA.
Dapat diperoleh produk dengan konsistensi yang lebih baik dengan kandungan lemak trans yang sesuai dengan permintaan konsumen,
perubahan karakteristik dari minyak sawit ini memberikan aplikasi produk
yang lebih beragam , seperti bidang confectionery dan coating fat.
1.6. LOKASI PENELITIAN
Penelitian dilakukan di laboratorium Belawan dan Technical Product
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Minyak dan lemak
Minyak dan lemak adalah senyawa kimia yang banyak terdapat di alam.
Minyak umumnya berwujud cair pada suhu ruang sedangkan lemak cenderung
berwujud padat pada suhu ruang. Asam-asam lemak merupakan komponen
penyusun minyak dan lemak, dan asam lemak ini merupakan senyawa rantai
karbon. Dalam rantai karbon asam lemak tersebut, terdapat ikatan antar karbon
yang berjenis tunggal maupun rangkap. Ikatan jenis tunggal pada rantai karbon
memiliki kestabilan oksidatif yang lebih baik dibandingkan ikatan rangkap.
Sebaliknya, ikatan rangkap memberikan sifat minyak yang cair pada suhu ruang.
Jenis ikatan yang ada dalam asam lemak akan berpengaruh terhadap jenis aplikasi
yang cocok digunakan terhadapnya. Secara keseluruhan, susunan trigliserida
minyak dan lemak mempunyai kesamaan pada gliserol, maka perbedaan sifat-sifat
minyak dan lemak dilihat pada komponen asam lemaknya.
Dalam industri berbasis minyak sawit, pengolahan kini tidak terbatas pada
proses refining dari minyak tersebut menjadi minyak goreng. Perkembangan ilmu
pengetahuan dan teknologi telah membantu industri untuk mengubah
ikatan-ikatan dalam molekul trigliserida (minyak) yang berupa ikatan-ikatan rangkap menjadi
ikatan tunggal yang lebih stabil. Hal ini bertujuan untuk memperoleh karakteristik
yang mendekati lemak, seperti stabilitas oksidatif yang lebih baik dan berwujud
padat pada suhu ruang. Dengan pengubahan jenis ikatan pula, diharapkan
diperoleh konsistensi produk yang lebih baik, yang dapat memenuhi kebutuhan
konsumen.
Beberapa aplikasi yang dilakukan sejalan dengan perkembangan ini adalah
pembuatan margarin sebagai alternatif mentega (yang berbasis lemak hewani),
dan pada aplikasi produk sebagai komponen dalam pembuatan Cocoa Butter
satunya dengan proses yang disebut hidrogenasi. (Coenen,J.W.E. (1976). JAOCS,
53. 382-389).
Bahan baku (raw material) yang diproses pada pengolahan Cocoa Butter
Substitute (CBS) dapat berupa Crude Palm Kernel Oil (CPKO) yang diperoleh
dari hasil pengepresan inti sawit/palm kernel (PK) di proses pengolahan Palm
Kernel Chrushing. Pengolahan CPKO menghasilkan Refined Bleached
Deodorized Hydrogenated Palm Kernel Oil (RBDHPKO). Raw material yang
diproses pada pengolahan tersebut dapat juga berupa Crude Palm Kernel Olein
(CPKOL) atau Crude Palm Kernel Stearin (CPKST). Kedua raw material tersebut
merupakan hasil fraksinasi dari Crude Palm Kernel Oil (CPKO). Pengolahan
Crude Palm Kernel Olein (CPKOL) menghasilkan Refined Bleached Deodorized
Hydrogenated Palm Kernel Olein (RBDHPKOL). Sedangkan pengolahan Crude
Palm Kernel Stearin (CPKST) menghasilkan Refined Bleached Deodorized
Hydrogenated Palm Kernel Stearin (RBDHPKST).
Secara umum, proses yang ada di pengolahan Cocoa Butter Substitute
(CBS) terdiri dari fraksinasi, refinery I, hidrogenasi , refinery II. Proses
pengolahan CBS menghasilkan produk antara lain:
Cocoa Butter Substitute, yang didapat dari RBDHPKST
Premium Coating Fat, yang didapat dari RBDHPKO
Coating Fat, yang didapat dari RBDHPKOL
Customer Request, yang disesuaikan dengan pesanan customer
(O’Brien, RD. 1998 ,P. 81-95).
2.2 Mekanisme process Hidrogenasi
Mekanismenya atom-atom H2 tersebut mengeleminasi unsaturated fatty acid
(carbon ikatan rangkap), dengan pengurangan atau penghilangan unsaturated fatty
Dari proses Hidrogenasi diperoleh nilai titik leleh atau melting profile tertentu
yang dapat dilihat dari kandungan lemak padat atau SFC (Solid Fat Content) hasil
analisa produknya.
Parameter Proses Hidrogenasi yang dicapai adalah penurunan angka
yodium atau IV (Iodine Value) ,dengan berkurangnya ikatan rantai rangkap maka
angka IV-nya juga semakin turun. Dan sebaliknya nilai Slip Melting Point (SMP)
menjadi naik, secara fisik minyaknya menjadi lebih keras/solid, makanya bisa
juga disebut Harden Fat. Hasil dari proses Hidrogenasi, banyak diaplikasikan
untuk produk coating, substitusi seperti : coklat, wafer ,candy , ice cream dan
lain-lain. Langkah – langkah dari Hidrogenasi yaitu : Transfer dan/atau diffusi
,Adsorpsi, Hydrogenasi/isomerisasi , Desorpsi dan Transfer. (Lyle F. Albright,
Purdue University, Indiana 47907).
2.2.1 Transfer dan diffuse
Transfer dan adsorpsi merupakan langkah kritis dalam mengkontrol
derajat isomerisasi dan selektifity dari reaksi.
Transfer: Transfer dari reactants dan products ke dan dari phase cair
(minyak) dan di luar permukaan katalis
Diffusi : Diffusi dari reactant ke pori-pori katalis. Diffusi dari produk
keluar dari pori-pori katalis.
2.2.2 Skema Diagram dari Reaksi Hidrogenasi sbb :
Secara kimia proses hidrogenasi diduga meliputi tahap-tahap :
a. Ikatan hidrogen terabsorbsi (melalui interaksi) ke permukaan dari
katalis logam.
Permukaan katalis
b. Sebuah atom hidrogen ditransfer dari permukaan katalis logam ke
salah satu atom karbon di dalam ikatan rangkap, dan atom karbon yang
[image:34.595.178.499.179.269.2]lain berikatan (melalui ikatan) dengan permukaan logam.
Gambar 2.2 : Transfer atom hidrogen dari permukaan katalis
c. Atom hidrogen kedua ditransfer dari permukaan katalis logam ke atom
karbon terakhir.
[image:34.595.157.468.437.674.2]
2.2.3 Formasi ikatan rangkap Migrasi dan Transisomer pada proses Hidrogenasi tahap I :
Tahap pertama dalam reaksi hidrogenasi bersifat balik dimana atom
hydrogen dapat kembali ke permukaan logam. Isomerisasi cis / trans
biasanya terjadi pada tahap ini dengan adanya rotasi di sekitar ikatan C–C.
Gambar 2.4 : Formasi migrasi dan transisomer pada reaksi hidrogenasi I
2.2.4 Formasi ikatan rangkap Migrasi and Transisomer pada proses Hidrogenasi tahap II :
Perpindahan posisi ikatan rangkap (isomerisasi posisi) juga dapat
terjadi ,yaitu apabila reaksi balik di atas terjadi pada gugus metilen yang
terletak di sebelah ikatan rangkap. (gambar 2.5). Isomerisasi geometris
secara tidak langsung mengubah struktur molekul asam lemak dan
Gambar 2.5 : Formasi migrasi dan transisomer pada reaksi hidrogenasi II 2.2.5 Terbentuk konjugasi Fatty Acids :
Rantai karbon asam lemak tak jenuh mempunyai satu atau lebih
ikatan rangkap dua. Ikatan rangkap tersebut ada yang bersifat
nonkonjugasi dan konjugasi , oleh karena itu ikatan rangkap tersebut
terletak berdampingan dan dipisahkan oleh gugus metilen (- CH2-).
2.2.6 Adsorpsi
Adsorpsi pada reactant di permukaan katalis sangat penting untuk
mengkontrol selektiviti dan isomerisasi selama proses hidrogenasi.
[image:37.595.140.524.190.435.2]Ikatan rangkap migrasi membentuk konjugate trans-fatty acids.
Gambar 2.7 : Migrasi membentuk konjugasi fatty acid
Langkah-langkah adsorpsi pada hidrogenasi :
Gambar 2.8 : Adsorpsi pada hidrogenasi
Dari hidrogenasi A; 9, 15 and 11, 15
Dari hidrogenasi B; 10,15 and 12, 15
Dari hidrogenasi C; 9, 12 and 9, 14
[image:37.595.132.457.499.720.2]2.2.6.1 Adsorpsi atau penyerapan : suatu proses yang terjadi ketika suatu
fluida, cairan maupun gas , terikat kepada suatu padatan atau cairan (zat
penyerap, adsorben) dan akhirnya membentuk suatu lapisan tipis atau
film (zat terserap, adsorbat) pada permukaannya. Berbeda dengan
absorpsi yang merupakan penyerapan fluida oleh fluida lainnya dengan
membentuk suatu larutan. Adsorpsi adalah suatu proses penyerapan
suatu fasa tertentu (gas, cair) pada permukaan adsorben yang berupa
padatan.
2.2.6.2 Disosiasi adalah penguraian suatu zat menjadi beberapa zat lain yang
lebih sederhana.
2.2.6.3 Ionisasi adalah proses fisik mengubah atom atau molekul menjadi ion
dengan menambahkan atau mengurangi partikel bermuatan seperti
elektron. Proses ionisasi ke muatan positif atau negatif sedikit berbeda.
Ion bermuatan positif didapat ketika elektron yang terikat pada atom
atau molekul menyerap energi cukup agar dapat lepas dari potensial
listrik yang mengikatnya.
2.2.6.4 Difusi adalah peristiwa mengalirnya/berpindahnya suatu zat dalam
pelarut dari bagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi
rendah. Perbedaan konsentrasi yang ada pada dua larutan disebut
gradien konsentrasi. Difusi akan terus terjadi hingga seluruh partikel
tersebar luas secara merata.
2.2.6.5 Recombinasi adalah menggabungkan kembali transfer electron dalam
gas yang menghasilkan netralisasi ion yang timbul dari partikel energi
tinggi.
2.2.6.6 Desorpsi adalah sebuah fenomena dimana suatu zat dilepaskan dari atau
melalui permukaan. Proses ini adalah kebalikan dari serapan (yaitu, baik
adsorpsi dan penyerapan ). Hal ini terjadi dalam sistem berada dalam
keadaan kesetimbangan penyerapan antara fasa bulk (cairan, yaitu gas
atau larutan cair) dan permukaan yang menyerap (padat atau batas
2.2.7 Jenis-jenis Hidrogenasi
Hidrogenasi adalah proses eliminasi ikatan rangkap pada minyak dengan
penambahan gas H2 untuk merubah minyak tak jenuh (unsaturated) menjadi
minyak jenuh (saturated). Indikator untuk mengetahui jumlah ikatan rangkap
pada minyak adalah Iodine Value (IV). Semakin rendah IV maka semakin sedikit
pula ikatan rangkap pada minyak.
Proses hidrogenasi dapat dibedakan menjadi 3 jenis yaitu :
a. Fully Hydrogenation adalah proses hidrogenasi untuk menghilangkan ikatan
rangkap secara keseluruhan. Target penurunan IV maksimal hingga 0-2.
b. Partial Hydrogenation adalah proses hidrogenasi untuk menghilangkan hanya
sebagian ikatan rangkap.
c. Selective Hydrogenation adalah proses hidrogenasi untuk menghilangkan
sebagian ikatan rangkap pada posisi yang selektif sesuai dengan Solid Fat
Content (SFC) yang diinginkan. Jenis ini hampir sama dengan Partial
Hydrogenation.
Reaksi Hidrogenasi :
Ikatan-ikatan rangkap pada lemak dan minyak tak-jenuh cenderung
membuat gugus-gugus yang ada di sekitarnya tertata dalam bentuk "cis". Suhu
tinggi yang digunakan dalam proses hidrogenasi cenderung mengubah beberapa
ikatan C=C menjadi bentuk "trans". Jika ikatan-ikatan khusus ini tidak
dihidrogenasi selama proses, maka mereka masih cenderung terdapat dalam
Gambar 2.9 : Reaksi hidrogenasi
Hidrogenasi adalah istilah yang merujuk pada reaksi kimia yang
menghasilkan adisi hidrogen (H2). Proses ini umumnya terdiri dari adisi sepasang
atom hidrogen ke sebuah molekul. Penggunaan katalis diperlukan agar reaksi
yang berjalan efisien sedangkan hidrogenasi non-katalitik hanya berjalan dengan
kondisi temperatur yang sangat tinggi. Pada hidrogenasi terjadi proses
pengubahan jumlah ikatan rangkap dalam suatu asam lemak oleh gas hidrogen
(H2). Dengan hidrogenasi, terjadi penambahan atom hidrogen ke dalam ikatan
rangkap asam lemak sehingga jumlah ikatan rangkap tersebut berkurang atau
ikatan rangkapnya terlepas. Perubahan jumlah ikatan rangkap akan mengarah
pada perubahan sifat fisik dan kimia minyak, yang terlihat dari angka yodium atau
Iodine Value (IV), kandungan lemak padat atau Solid Fat Content (SFC) dan titik
leleh atau Slip Melting Point (SMP) produk. Jadi tujuan dilakukannya hidrogenasi
antara lain :
Memodifikasi minyak agar didapatkan Solid Fat Content (SFC) yang diinginkan.
Merubah Iodine Value (IV) produk.
Menghilangkan ikatan rangkap, sehingga produk lebih stabil terhadap oksidasi.
Merubah Fatty Acid composition produk.
Reaksi hidrogenasi parsial dengan mengaddisi gas hidrogen memakai katalis Ni
dapat dilihat sbb :
a. Pembentukan cis dan trans hasil hidrogenasi parsial.
Unsaturated triglyceride + H2 --> saturated triglyceride
Gambar 2.10 : Pembentukan cis / trans hasil hidrogenasi
b. Bentuk molekul cis dan trans dari hasil hidrogenasi parsial.
Reaksi hidrogenasi merupakan reaksi yang bersifat eksotermis. Proses
hidrogenasi melibatkan beberapa parameter penting yang perlu dikontrol,
misalnya suhu, jumlah katalis, tekanan gas dan jumlah gas yang digunakan
(volume gas). Dengan mempelajari kondisi proses hidrogenasi maka diharapkan
dapat diperoleh karakteristik produk hasil hidrogenasi yang sesuai dengan
digunakan bahan yang disebut dengan katalis. Katalis yang sering dipakai untuk
proses hidrogenasi adalah Nikel (Ni). Keuntungan menggunakan Nikel antara lain
adalah ketersediaannya dan lebih murah bila dibandingkan katalis lain. Secara
umum, reaksi kimia yang terjadi pada hidrogenasi adalah:
• Oil + Catalyst Oil-Catalyst (complex)
• Oil-Catalyst (complex) + H2 Hydrogenated Oil + Catalyst
Langkah reaksi addisi gas hidrogen terdiri dari langkah 1 dan 2 seperti terlihat
dibawah ini : membentuk minyak – katalis (kompleks). Gas hidrogen diadsorbsi
pada permukaan katalis.
Gas H2 diserap pada permukaan katalis Ni secara parsial atau penuh sehingga terjadi perpisahan ikatan atom H --- H
Ikatan π pada alkene membentuk kompleks dengan logam Ni. Oil + Catalyst Oil-Catalyst (kompleks).
Gambar 2.12 : Reaksi addisi gas hidrogen
Langkah 3 dan 4 : dua atom H akan ditransfer dan dari ikatan rangkap dua
menjadi ikatan tunggal. Ikatan rangkap dua ini segera akan mengaddisi gas
hidrogen yang terikat pada permukaan katalis Ni.
Dua atom H ditransfer berturut-turut ke ikatan π pada langkah 3 dan 4 membentuk alkana (jenuh ,ikatan rangkap dua menjadi ikatan tunggal).
Karena produk alkana tidak mempuyai ikatan π yang membentuk senyawa komplex dengan logam, sehingga dilepaskan dari permukaan katalis.
Gambar 2.13. Reaksi penjenuhan ikatan rangkap
c. Pembentukan cis dan isomer trans setelah reaksi hidrogenasi sbb :
Unsaturated triglyceride + H2 --> saturated triglyceride.
d. Proses hidrogenasi secara singkat dapat dilihat pada bagan berikut ini:
Gambar 2.15 : Diagram alur proses hidrogenasi
e. Oksidasi – reduksi dari alkena dengan hidrogenasi memakai katalis logam.
Ketika minyak nabati tidak jenuh di reaksikan dengan hidrogen, beberapa atau semua ikatan π yang dijenuhkan oleh atom H akan meningkatkan titik leleh minyak.
Margarin disiapkan untuk hidrogenasi parsial memberikan suatu produk yang konsisten dan mendekati produk cocoa butter.
[image:44.595.198.421.141.385.2]
Gambar 2.16 : Reaksi oksidasi – reduksi dengan hidrogenasi
2.2.8 Kebutuhan Katalis dan H2 untuk reaksi
Kebutuhan katalis antara 0,1% - 0,2% dari minyak yang akan diproses.
Secara teoritis Kebutuhan Gas H2 sebenarnya adalah : setiap penurunan 1 (satu)
angka IV sama dengan kebutuhan 1 m3 Gas H2 tiap 1 (satu) Ton minyak.
Jadi Kebutuhan Gas H2 per-ton Minyak adalah :
H2 (m3) = 1 x ( IVawal - IVakhir )
=IV
= m3 / ton
Pendekatan Hukum Gas Ideal :
P . V = n . R . T
Dimana :
P = tekanan, 105 Newton / m2
V = volume gas
R = 8,314 j / mol oK = 8,314 Newton . m / mol oK
T = 273 oK
253,4
10
BM
W
n
6
P
)RT
n
(n
V
oil
fatBM = Berat Molekul Minyak, 253,4
n = mol minyak
n berubah setelah ditambahkan gas H2 karena Berat Molekul naik, sehingga
diasumsikan sebanding dengan perubahan IV
Sehingga,
P
Weight
Mol
100
T
R
Oil
Weight
)
IV
(IV
V
oil fatH2
5 6 fat oil H10
253,4
100
273
8,314
10
)
IV
(IV
V
2
/ton
m
)
IV
(IV
0,90
V
H oil fat 3Jadi Kebutuhan Gas H2 per-ton Minyak adalah :
H2 (m3) /Ton minyak = 0.9x ( IVawal - IVakhir )
= 0.90 x IV
Operasional proses kebutuhan Gas H2 tidak mesti sesuai dengan teori , karena
ada faktor – faktor yang bisa mempengaruhi antara lain suhu, tekanan,
pengadukan, konsentrasi katalis, jenis katalis dan sumber minyak.
Kebutuhan Gas H2 per-ton Minyak di Operasional sekarang adalah :
H2 (m3) /Ton minyak = 1.15 x ( IVawal - IVakhir )
= 1.15 x IV
2.2.9 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Hidrogenasi
Hidrogenasi merupakan reaksi yang melibatkan 3 fase yang berbeda yakni
minyak (cair), hidrogen (gas) dan katalis (padat). Reaksi terjadi pada permukaan
katalis dimana minyak dan molekul gas hidrogen diserap kemudian terjadi kontak
antara keduanya. Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi proses hidrogenasi
antara lain :
Suhu
Hidrogenasi berjalan lebih cepat seiring dengan kenaikan suhu operasi.
Kenaikan suhu akan menurunkan kelarutan gas hidrogen dalam minyak
namun meningkatkan kecepatan reaksinya. Oleh karena itu, kenaikan suhu
akan meningkatkan selektivitas, pembentukan trans isomer dan kecepatan
reaksi yang menghasilkan kurva SFC yang curam. Karena reaksi hidrogenasi
merupakan reaksi eksotermis, maka penurunan 1 (satu) iodine value akan
menaikkan suhu reaksi sebesar 1,6 oC hingga 1,7 oC. Kenaikan suhu ini akan
mempercepat reaksi hingga dicapai titik optimum. Suhu optimum beragam
untuk tiap produk, namun sebagian besar minyak mencapai titik optimumnya
pada suhu maksimum 230 oC hingga 260o C.
Tekanan
Hidrogenasi edible fats dan oil dilakukan pada tekanan antara 0,8 hingga 4
dapat menyelimuti permukaan katalis sedangkan pada tekanan tinggi, gas
hidrogen telah siap untuk menjenuhkan ikatan rangkap minyak.
Agitasi atau pengadukan
Fungsi utama dari agitasi adalah untuk menyuplai hidrogen terlarut pada
permukaan katalis, tapi massa reaksi tersebut harus pula diaduk agar terjadi
distribusi panas ataupun pendinginan sebagai kontrol suhu dan distribusi
suspensi katalis dalam minyak sebagai penyeragaman reaksi.
Konsentrasi katalis
Kecepatan reaksi hidrogenasi meningkat seiring dengan peningkatan jumlah
katalis hingga suatu titik. Peningkatan kecepatan reaksi tersebut disebabkan
oleh peningkatan permukaan aktif dari katalis. Titik maksimum tercapai
karena pada kadar sangat tinggi, hidrogen tidak mampu terlarut cukup cepat
untuk menyuplai jumlah katalis yang tinggi.
Jenis katalis
Katalis adalah suatu bahan kimia yang dapat meningkatkan laju suatu reaksi
tanpa bahan tersebut menjadi ikut terpakai; dan setelah reaksi berakhir, bahan
tersebut akan kembali ke bentuk awal tanpa terjadi perubahan kimia.
Penggunaan katalis dapat menurunkan tingkat aktivasi energi yang
dibutuhkan, membuat reaksi terjadi lebih cepat atau pada suhu yang lebih
rendah.
Pemilihan katalis memiliki pengaruh yang cukup kuat terhadap kecepatan
reaksi, selektivitas dan isomerisasi geometris. Jenis high-selectivity catalyst
memungkinkan penggunanya untuk mengurangi asam linolenat tanpa
menghasilkan asam stearat berlebih, sehingga diperoleh produk dengan
oxidative stability yang baik dan bertitik leleh rendah. Contohnya, katalis
copper-chromite telah digunakan dalam hidrogenasi selektif dari asam
linolenat menjadi asam linoleat dalam minyak kedelai agar diperoleh produk
flavor-stable salad oil.
Catalyst poison
Refined oil dan gas hidrogen dapat mengandung pengotor yang dapat
meracuni atau memodifikasi katalis. Racun (poison) tersebut mengurangi
kecepatan reaksi. Gas hidrogen bisa mengandung gas CO, H2S atau amoniak
sedangkan refined oil bisa mengandung sabun, senyawa sulfur, fosfatida, asam
lemak bebas (FFA) ataupun senyawa lain yang dapat mengubah katalis.
Pengotor sulfur misalnya, terutama mempengaruhi aktivitas yang
mempercepat isomerisasi dengan menghambat kapasitas dari katalis nikel
untuk menyerap dan memecah hidrogen. Fosfor dalam bentuk fosfatida dan
sabun mempengaruhi selektivitas dengan menutup tempat masuk pada pori
katalis yang mencegah keluarnya trigliserida dengan tingkat kejenuhan yang
lebih tinggi. Moisture dan asam lemak bebas merupakan deactivator yang
dapat mengurangi kecepatan reaksi hidrogenasi karena bereaksi secara kimia
dengan katalis membentuk nickel soaps.
Katalis logam mulia.
Logam mulia seperti platinum, palladium, ruthenium, rhodium, Au, Ag, baik
tunggal atau kombinasi merupakan jenis katalis yang banyak dipergunakan
sebagai katalis. Keuntungan penggunaan katalis logam mulia karena memiliki
tingkat aktivitas yang tinggi, selektifitas yang baik, dan daya tahan yang baik
sehingga jangka waktu penggantiannya lama.
Platinum: merupakan katalis logam mulia yang paling banyak dipergunakan.
Katalis ini memiliki aktivitas yang tinggi dalam proses hidrogenasi,
dehidrogenasi, oksidasi, dll.
Ruthenium: katalis ruthenium memiliki aktivitas yang tinggi dalam
hidrogenasi senyawa karbonil alifatik dan cincin aromatik pada kondisi
medium tanpa reaksi sampingan.
Rhodium: merupakan katalis yang memiliki aktivitas tinggi dalam
hidrogenasi senyawa aromatik. Katalis ini menghidrogenasi banyak senyawa
aromatik pada suhu ruang dan tekanan normal.
Iridium: meskipun katalis iridium memiliki aktivitas yang rendah dan aplikasi
yang terbatas mengingat kelangkaannya, katalis ini mulai mendapat perhatian
karena sifat reaksinya yang unik.
Logam-logam lain seperti Sn, Pb, Ni, Co, Ge digunakan sebagai promotor.
Logam-logam ini dilapisi berbagai carrier/pembawa seperti alumina, silica,
Bentuk Katalis. Selain tergantung pada bahan katalitik, bahan promotor dan
bahan pembawa (carrier), efektifitas fungsi katalitik juga ditentukan oleh
bentuk dan ukuran katalis. Katalis dapat berbentuk pellet, granular, sarang
lebah, atau serat agar memiliki kinerja yang optimum disesuaikan dengan
tahapan proses produksi yang dijalani.
Sumber minyak
Selektivitas hidrogenasi bergantung pada jenis asam lemak tak jenuh yang
tersedia dan jumlah asam lemak tak jenuh per trigliserida.
Dari variabel proses di atas, dapat dilihat bahwa kecepatan reaksi
meningkat sejalan dengan peningkatan suhu, tekanan, agitasi dan konsentrasi
katalis. Selektivitas meningkat seiring dengan peningkatan suhu dan berakibat
sebaliknya seiring dengan kenaikan tekanan, agitasi dan katalis. Isomerisasi ikatan
rangkap meningkat seiring kenaikan suhu tapi menurun dengan peningkatan
tekanan, agitasi dan katalis. Trans isomer juga dapat terjadi akibat penggunaan
kembali (deaktivasi) katalis atau sulfur-poisoned catalyst.
Reaktivitas kimia dari asam lemak tak jenuh ditentukan oleh posisi
sebagaimana juga jumlah dari ikatan rangkap dalam molekul. Reaktivitas
meningkat secara signifikan dengan peningkatan dalam jumlah ikatan rangkap,
baik dalam bentuk conjugated (dipisahkan hanya oleh satu ikatan tunggal) atau
methylene-interrupted (dipisahkan oleh suatu unit -CH2-). Jika suatu asam lemak
memiliki 2 ikatan rangkap terisolasi (dipisahkan oleh 2 atau lebih methylene unit),
reaktivitasnya hanya meningkat sedikit daripada asam lemak yang memiliki satu
ikatan rangkap. Untuk proses hidrogenasi, dikenal minyak nabati yang biasanya
digunakan dalam proses tersebut. Vegetable oil (minyak nabati) dapat dibagi
dalam 3 kelompok, yaitu:
1. Saturated, seperti cocoa butter, minyak sawit
2. Oleic, seperti minyak zaitun, minyak kacang, canola oil, high-oleic
sunflower
3. Linoleic, seperti minyak jagung, cottonseed oil, soybean oil, sunflower oil.
2.3 Sifat-sifat fisika minyak dan lemak
2.3.1. Solid Fat Content
Solid fat content (SFC) berkaitan dengan persentase minyak yang berupa
padat pada berbagai suhu. Keseluruhan kurva tidak dapat diperkirakan hanya
dengan penentuan pada satu variasi suhu; keseluruhan kurva SFC diperlukan
untuk memahami karakteristik produk (minyak) pada berbagai suhu.
Metode awal yang digunakan untuk memperkirakan persentase padatan
pada lemak adalah dilatometry (AOCS Cd 10-57). Hasilnya disebut solid fat
index. Namun, metode
