ASAM SITRAT
Disusun oleh:
JURUSAN TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur atas kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga tugas makalah proses industri kimia ini dapat diselesaikan dengan baik. Shalawat beserta salam senantiasa tercurahkan kepada Rasulullah Muhammad SAW, yang telah menjadi pembimbing dari zaman yang penuh dengan kebodohan sampai kepada zaman yang dipenuhi ilmu pengetahuan seperti sekarang ini.
Ucapan terima kasih disampaikan kepada banyak pihak terutama keluarga dan teman-teman yang telah banyak memberikan bantuan, baik materi maupun non materi demi kelancaran penyusunan tugas makalah ini.
Makalah yang berjudul “Industri Sabun” ini disusun untuk memenuhi tugas dari mata kuliah proses industri kimia yang diampu oleh Ibu Dr. Nita Aryanti, ST., MT. Makalah ini akan mendeskripsikan bagaimana proses industri sabun. Diharapkan makalah ini dapat berguna dalam rangka menambah wawasan tentang kondisi industri sabun.
Tiada hal yang sempurna di dunia ini, hanyalah Allah SWT yang memiliki segala kesempurnaan. Perlu disadari bahwa makalah ini masih memiliki banyak kekurangan. Untuk itu diharapkan kritik dan saran yang membangun guna perbaikan di masa yang akan datang.
Akhir kata, semoga makalah ini dapat memberikan sumbangsih bagi pembangunan di Indonesia beserta dapat meningkatkan taraf hidup bagi kesejahteraan Bangsa Indonesia.
Semarang, Desember2015
BAB I
PENDAHULUAN
Asam sitrat merupakan padatan kering atau putih dengan rumus kimia C6H8O7 dan
memiliki berat molekul 192,12. Senyawa ini terdapat sebagai konstituen alami dalam buah-buahan, seperti jeruk, nanas, apel dan anggur. Awalnya asam sitrat diperoleh dalam bentuk kristal melalui proses isolasi dari juice lemon oleh Scheele pada tahun 1784. Lalu pada tahun 1880 Grimoux dan Adam mensintesis asam sitrat dari glycerol. Dan pada tahun 1893 Wehmer mengindikasikan bahwa asam sitrat dapat diperoleh melalui proses fermentasi larutan gula oleh beberapa jenis fungi. Hingga kini proses produksi komerasial asam sitrat diperoleh melalui proses fermentasi.(Othmer, K.,”Encyclopedia of Chemical Technology”,3rded1978)
Asam sitrat merupakan asam organic lemah yang ditemukan pada daun dan buah tumbuhan genus Citrus (jeruk – jerukan). Senyawa ini merupakan bahan pengawet yang baik dan alami, selain digunakan sebagai penambah rasa masam pada makanan dan minuman ringan. Dalam biokimia, asam sitrat dikenal sebagai senyawa antara dalam siklus asam sitrat, yang penting dalam metabolisme makhluk hidup, sehingga ditemukan pada hamper semua makhluk hidup. Zat ini juga dapat digunakan sebagai zat pembersih yang ramah lingkungan sebagai antioksidan.
Asam Sitrat banyak terdapat pada berbagai jenis buah-buahan seperti jeruk, pisang, apel, dan sayuran. Namun, ada salah satu jenis buah yang sangat populer dalam pembuatan asam sitrat yaitu buah Jeruk. Adapun jenis jeruk yang paling banyak menghasilkan asam sitrat yaitu jeruk limau dan lemon dengan menghasilkan asam sitrat mencapai 8% dari bobot keringnya.
BAB II
PEMBAHASAN
II.1 Definisi
Asam sitrat merupakan asam organic lemah yang ditemukan di daun dan buah tumbuhan genus citrus (jeruk – jerukan). Senyawa ini berguna dalam industri makanan, farmasi dan tambahan dalam makanan ternak. Asam sitrat terdapat pada berbagai jenis buah dan sayuran, namun ditemukan pada konsentrasi tinggi hingga dapat mencapai bobot 8% kering. Hal ini ditemukan pada buah jeruk dan limau misalnya jeruk nipis dan jeruk purut.
Gambar 2.1 Asam Sitrat
Sifat asam sitrat yang tidak beracun, dapat mengikat logam-logam berat, (besi maupun bukan besi) dan dapat menimbulkan rasa yang menarik. Di dalam biokimia, asam sitrat dikenal sebagai senyawa antara dalam siklus yang terjadi dalam mitokondria yang penting dalam metabolisme makhluk hidup. Asam sitrat dapat diproduksi secara kimiawi atau secara fermentasi menggunakan mikroorganisme. Adapun rumus kimia asam sitrat adalah C6H8O7.
CH2 CO2H
HO C CO2H
CH2 CO2H
Struktur asam ini tercermin pada nama IUPACnya, asam 2-hidroksi- 1,2,3-propanatrikarboksilat. Keasamaan Asam Sitrat didapat dari tiga gugug karboksil COOH yang dapat melepas proton dalam larutan. Jika hal ini terjadi yang dihasilkan adalah ion sitrat.
II.2 Sifat-Sifat Asam Sitrat
Sifat zat pada umumnya terbagi menjadi 2 sifat fisika dan kimia, begitu pula dengan asam sitrat seperti berikut :
II.2.1 Sifat Fisika
1. Berat molekul : 192 gr/mol
2. Spesific Gravity : 1,54 ( 20° C )
3. Titik Lebur : 153° C
4. Titik didih : 175° C
5. Kelarutan dalam air : 207,7 gr / 100 ml ( 25° C )
6. Pada titik didihnya asam sitrat terurai ( Terdekomposisi )
7. Berbentuk kristal berwarna putih, tidak berbau, dan memiliki rasa asam.
II.2.2. Sifat Kimia
1. Kontak langsung (paparan) dengan asam sitrat yang bersifat kering dan larut, akan mengakibatkan iritasi pada kulit dan mata.
2. Mampu mengikat ion-ion logam sehingga dapat digunakan sebagai pengawet dan kesadahan dalam air
3. Keasaman pada asam sitrat, didapatkan dari gabungan tiga gugus karboksi-COOH yang dapat melepas proton dalam larutan.
4. Asam sitrat dapat berupa kristal anhidrat yang bebas air atau berupa kristal monohidrat yang mengandung satu molekul air untuk setiap molekulnya.
6. Bentuk monohidrat Asam sitrat dapat diubah menjadi bentuk, anhidrat dengan pemanasan pada suhu 70 – 75° C
7. Jika dipanaskan diatas suhu 175°C akan terurai terdekomposisi) dengan melepaskan karbon dioksida (CO2) dan air (H2O).
8. Reaksi yang terjadi :
1. Reaksi Pembentukan
(C6H10O5)n(5) + n(H2O)(l) → (C12H22O11)(s)
Karbohidrat sukrosa
(C12H22O11)(s) + (H2O)(l) → (C6H12O6)(s) + (C6H12O5)(s)
Glukosa fruktosa
(C6H12O6)(s) + O2(g) → (C6H8O7)(s) + 2 (H2O)(l)
Asam sitrat
2. Reaksi Pemurnian
(C6H8O7)(s) + 3(Ca(OH)2)(l) → (Ca3(C6H5O7)(2))(s) + 6(H2O)(l)
Ca. Sitrat
(Ca3(C6H5O7)(2))(s) + 3(H2SO4)(l) → 3(CaSO4)(s) + 2 (C6H8O7)(s)
Ca. Sulfat As. Sitrat
(C6H8O7)(s) + 3(NaOH)(l) → (Na3(C6H8O7))(s) + 3 (H2O)(l)
II.3 Macam Proses Pembuatan Asam Sitrat
Pada umumnya proses pembuatan asam sitrat dapat dikategorikandari proses yang bersifat tradisional hingga proses komersial yaitu fermentasi.Kultur permukaan yang menggunakan substrat padat atau semi padat banyakdigunakan untuk memproduksi berbagai jenis asam organik dan enzim. Fermentasi dalam media padat ini sering disebut proses koji. Ada tiga macamproses dalam pembuatan asam sitrat yaitu proses ekstraksi sederhana, prosesfermentasi dan proses sintesa kimia.
Proses atau mertode ini dilakukan dengan ekstraksi buah seperti lemon,jeruk dan nanas. Namun proses ini sudah tidak pernah dilakukan lagi seiringdengn pengembangna metode fermentasi.
(Kirk Ohmer,“Encyclopedia ofChemical Engineering”, Vol. 6, hal 156 - 157)
II.3.2. Proses Fermentasi
Pada dasarnya proses fermentasi ini terbagi menjadi dua macamyaitu surface fermentation (fermentasi permukaan) dan submerged atau deep submerged fermentation (fermentasi biakan celup/dalam). Namun pada masing-masing metode dapat dikembangkan lagi berdasarkan mikroorganisme yang digunakan :
a. Surface fermentation
Pada proses surface fermentation digunakan kapang aspergillus niger. Proses fermentasi permukaan ini diterapkan dalam dunia industri sejak tahun 1920-an. Sebelum mengalami proses fermentasi bahan baku diencerkan terlebih dahulu hingga konsentrasi gula 30% dalam mixer. Setelah itu ditambahkan asam sulfat, pospor, potassium dan nitrogen dalam bentuk asam atau garam sebagai nutrient. Campuran ini kemudian disterilkan lalu diencerkan kembali hingga konsentrasi gula mencapai 15% dan selanjutnya difermentasikan.
Proses fermentasi dilakukan didalam tangki-rangki yang terbuatdari alumunium. Inokulum (Aspergillus niger) disemburkan bersama-samadengan udara. Waktu inkubasi selama 9 – 11 hari. Lapisan lendir yang terbentuk dipermukaan medium diambil dan diekstraksi, sedangkan cairan hasil fermentasi diberi perlakuan panas dan penambahan kalsium hidroksida (pH 8,5) sehingga dihasilkan kalsium sitrat. Berikut ini adalah gambar surface fermentation.
Gambar 2.1 Proses surface fermentation
Kebutuhan energy untuk “surface fermentation” tidak banyak Karena prosesaerasi menggunakan peralatan yang sederhana yaitu berupa kipas yang menghasilkan udara dan digerakkan oleh motor elekrtik, energy yang dibutuhkan 1,3 – 2,6 MJ/m3.
b. Submerged/deep fermentation (fermentasi biakan celup)
Pada proses submerge fermentationini terbagi dua macam berdasarkan mikroorganisme yang digunakan diantaranya adalah submerged fermentation menggunakan Apergillus Niger dan submerged fermentation menggunakan yeastdalam hal ini adalah Candida guilliermondii.
1. Submerged fermentation menggunakan Aspergillus niger
Dalam proses ini mikroorganisme Aspergillus niger ditumbuhkan denganm endispersikannya dalam media cair. Bejana fermentasi tersusun atas tangki -tangki steril yang berkpasitas beberapa ratus kubik meter (1000 galon) dengan dilengkapi pengaduk mekanik serta pemasukan sejumlah udara steril. Sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh amelung-perquin, dimana produksi asamsitrat dengan proses biakan celup mempertimbangkan penggunaan phospat yangterbatas. Dalam prakteknya spora kapang diproduksi dibawah control akseptik sehingga tenaga kestreilannya. Tahapan fermentasi biakan celup ini ada dua yaitu tahap perkembangan miselia dan tahap fermentasi. Sebagian kecil bahan bakudigunakan sebagai inokulum fermentor.sebagian besar yang lain digunakantahapn utama dalam fermentor. Inokulum yang terbentuk ditransfer secara asepticuntuk produksi asam sitrat dalam fermentor. Dalam skala industri Aspergillusniger adalah strain yang paling tepat untuk fermentasi, walaupun pada awalnyamenghasilkan sedikit yield, namun dalam perkembangan selanjutnya penambahanmethanol dalam larutan fermentasi akan menghasilkan yield yang besar.
2. Submerged fermentation menggunakan yeast
Sampai sekitar tahun 1969 atau 1970, Aspergillus niger dianggap sebagaisatu-satunya asam sitrat dalam skala industry. Pada tahun 1970, sebuah inovasibaru yang mendemonstrasikan bahwa produksi asam sitrat dapat dilakukandengan menggunakan yeast seperti Candida guilliermondii yang mengandungglukosa atau molasses hitam pekat yang ekuivalen dengan sejumlah glukosa.
Waktu fermentasi lebih singkat daripada Aspergillus niger. Penggunaan straicandida sangat efektif untuk pembuatan asam sitrat dari hidrokarbon, dimanakonversi yang dihasilkan dapat mencapai lebih dari 10%. Secara umum prosessubmerged fermentation membutuhkan suplai energy yang cukup banyak, karenamencakup proses pengadukan, aerasi, serta pendinginan. Kebutuhan energyberkisar 8 – 16 MJ/m3 (28,5 – 57 Btu/gal).
II.3.3. Proses Sintesa Kimia
Pembuatan asam sitrat dengan sintesa kimia dilakukan pada tahun 1880oleh Grimoux dan Adam. Jalannya reaksi didasarkan pada reaksi antara gliseroldevirat 1,3-dichloroaceton dengan sianida. Secara umum proses ini belum biasditerima dalam industry kimia.
Beberapa sintesa asam sitrat nonkomersial antara lain: 1. Reaksi Reformatsky
Pada reaksi ini pembentukan asam β-hidroksi berawal dari brominasi esterpada posisi α lalu mereaksikannya dengan senyawa karbonil. Dengan memilihsenyawa ester dan karbonil yang tepat, beragam senyawa β-hidroksi bisadiperoleh termasuk asam sitrat.
(McKetta, Encyclopedia of Chemical Processing And design, Vol. 8, hal 327)
2. Reaksi Wiley
Pada reaksi ini maleat anhydride dioksidasi secara katalitik membentukintermediate oxalacetic acid anhydride. Reaksi intemediat ini dengan ketenemenghasilkan β-lactone yang bisa dihidrolisa menjadi asam sitrat.
3. Karboksilasi aseton menggunakan katalis alkali metal phenolate dalam solventseperti dimethylfomamide atau glyme (dimethylether dari ethylene glycol)membentuk membentuk acetonedicrboxylate, diikuti reaksi dengan sianidamembentuk cyanohydrins, kemudian hidrolisa asam atau basa.
4. Epoksidasi itaconate, reaksi dengan sianida dan hidrolisa.
II.4 Efektivitas Proses dan Produksi
Pada berbagai proses pembentukan asam sitrat diatas, kita dapat mengetahui proses mana yang lebih menguntungkan dalam industri pabrik asam sitrat. Dilihat dari yield yang terbentuk dari tiap proses, yield paling besar dihasilkan padaproses submerged fermentation dengan menggunakan yeast yield yang terbentuk dapat mencapai 100% .Sedangkan pada proses submerged fermentation dengan menggunakan A. nigeryield yang dihasilkan sekitar 90%, dan bisameningkatapabila ditambahkan methanol 1% -3%. Sedangkan untuk surface fermentation, yield yang dihasilkan hanya sekitar 70%.
Hal ini dikarenakan proses submerged fermentation dengan menggunakan Aspergillus niger mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan proses submerged fermentation dengan menggunakan yeast.
Berikut ini adalah perbandingan dari proses pembuatan asam nitrat :
Jenis Proses
Indikator Submerged Fermentation Surface Fermentation Yield Yield yang dihasilkan 90% Yield yang dihasilkan 54 - 56% Lama Fermentasi Waktu fermentasi 3 - 4 hari Waktu fermentasi 6 hari
Biaya Perawatan Biaya perawatan murah Biaya perawatan mahal karena banyak alat yang digunakan Kontaminasi Steril, kontaminasi kecil Kontaminasi besar karena
terbuka
Energi 8 – 6 MJ/m3 1.3 – 2.6 MJ/m3
(sumber: UPN “Veteran” Jawa Timur,2011)
Berdasarkan beberapa pertimbangan diatas, ternyata pembuatan asam sitrat dengan menggunakan proses submerged fermentation menggunakan Aspergillus niger lebih efektif dibandingkan proses lainnya, utamanya jika ditinjau dari skala industri dan kelebihan-kelebihan yang lain pada umumnya.
II.5 Penggunaan Asam Sitrat di Industri
Industri makanan dan farmasi menggunakan asam sitrat dikarenakan alasan keamanan secara umum, dapat memberikan rasa asam yang memuaskan, kelarutannya yang tinggi didalam air dan sebagai buffering dan chelating agent. Untuk industri kosmetik dan wewangian digunakan sebagai buffering agent. Serta secara luas digunakan sebagai buffering dan chelating agent di berbagai macam industri. Berikut ini adalah penggunaan asam sitrat dalam industri-industi tersebut.
II.5.1 Industri Makanan 1. Minuman
Asam sitrat digunakan secara extensive dalam industri minuman untuk memberikan rasa asam pada minuman dan sebagai komplemen pada rasa berry pada minuman. Pada minuman yang tidak berkarbonisasi asam sitrat dapat memberikan pH yang beragam pada minuman, selain itu asam sitrat pada minuman jus buah merupakan komponen alami yang tercampur secara baik dengan aroma dari
minuman tersebut. Untuk minuman berkarbonisasi asam sitrat digunakan sebagai adiculant atau penguat rasa.
2. Jeli dan selai
Asam sitrat digunakan sebagai pemberi rasa asam pada jeli dan selai serta digunakan untuk menyesuaikan pH.
Asam sitrat digunakan untuk memberikan rasa asam dan meminimalkan inversi sukrosa pada produk kembang gula.
4. Makanan Beku
Asam sitrat digunakan sebagai chelating agent dan pengatur pH sehingga memungkinkan pengoptimalan kestabilan dari makanan beku dengan meniadakan aktivitas antioksidan dan menon-aktifkan enzim.
II.5.2 Industri Farmasi, Kosmetik dan Pewangi 1. Farmasi
Asam sitrat digunakan sebagai bahan dasar tablet effervescence, dimana asam sitrat bila bereaksi dengan zat yang mengandung bikarbonat atau karbonat dalam air akan membentuk gas karbondioksida dan garam dari asam tersebut. Selain itu asam sitrat digunakan sebagai buffering agent dan pemberi rasa asam pada obat-obatan.
2. Kosmetik dan Pewangi
Dalam industri ini asam sitrat digunakan sebagai pengatur pH dan sebagai antioxidan pada metallic-ion chelator.
II.5.3 Industri Lainnya
