PENJERNIHAN EKSTRAK DAUN STEVIA (Stevia rebaudiana Bertoni) DENGAN ULTRAFILTRASI ALIRAN SILANG
Oleh : Fifi Isdianti
F 34102078
2007
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PENJERNIHAN EKSTRAK DAUN STEVIA (Stevia rebaudiana Bertoni) DENGAN ULTRAFILTRASI ALIRAN SILANG
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh : Fifi Isdianti
F 34102078
2007
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
PENJERNIHAN EKSTRAK DAUN STEVIA (Stevia rebaudiana Bertoni) DENGAN ULTRAFILTRASI ALIRAN SILANG
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Departemen TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh : Fifi Isdianti
F 34102078
Dilahirkan pada tanggal 30 Desember 1983 di Jambi
Tanggal lulus : Mei 2007
Disetujui oleh : Bogor, Mei 2007
Dr. Ir. Erliza Noor Dosen Pembimbing
SURAT PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul “Penjernihan Ekstrak Daun Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni) Dengan Ultrafiltrasi Aliran Silang” adalah karya asli saya sendiri, dengan arahan dosen pembimbing akademik, kecuali dengan jelas rujukannya.
Bogor, Mei 2007
Yang Menyatakan Pernyataan
Nama : Fifi Isdianti Nrp : F34102078
Fifi Isdianti. F 34102078. Penjernihan Ekstrak Daun Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni) Dengan Ultrafiltrasi Aliran Silang. Dibawah bimbingan Erliza Noor. 2007.
RINGKASAN
Industri makanan, minuman dan suplemen menggunakan bahan pemanis sebagai penambah cita rasa pada produk mereka. Bahan pemanis terbagi atas dua macam yaitu pemanis alami dan pemanis buatan. Bahan pemanis alami yang biasa digunakan adalah gula sukrosa atau gula tebu. Namun gula tebu/gula sukrosa memiliki kelemahan yaitu memiliki nilai kalori tinggi sehingga dapat menyebabkan kegemukan dan diabetes. Industri melirik ke pemanis buatan karena memiliki tingkat kemanisan tinggi dan rendah kalori. Namun pemanis buatan memiliki bersifat karsinogenik. Untuk itu dicari alternatif penggunaan pemanis alami yang memiliki tingkat kemanisan tinggi, rendah kalori, non-karsinogenik. Salah satu pemanis alami tersebut adalah pemanis stevia dari daun tanaman stevia.
Pemanis stevia diperoleh dari ekstrak daun stevia menggunakan pelarut polar seperti metanol, etanol, dan spiritus. Proses kedua yaitu pemurnian atau penjernihan umumnya dilakukan dengan cara pertukaran ion, menggunakan kolom absorbsi kromatografi, atau penjernihan dengan pelarut. Penggunaan pelarut kimia dikhawatirkan masih menyisakan pelarut pada produk. Untuk itu digunakan alternatif pelarut polar yang aman seperti air untuk mengesktraksi daun stevia. Penjernihan ekstrak daun stevia dilakukan dengan menggunakan membran ultrafiltrasi karena tidak adanya penambahan bahan kimia.
Penelitian bertujuan untuk mempelajari penjernihan ekstrak daun stevia dengan ultrafiltrasi aliran silang. Modul tubular yang dilengkapi dengan membran polietersulfon MWCO 20000 Dalton. Penelitian melihat pengaruh tekanan transmembran, kecepatan alir dan konsentrasi umpan terhadap fluksi, dan rejeksi membran dalam penjernihan pemanis stevia (steviosida)
Produksi pemanis stevia dilakukan dengan dua tahap. Tahap pertama yaitu penentuan suhu pengeringan dan suhu ekstraksi berdasarkan dengan pengukuran konsentrasi steviosida. Suhu pengeringan daun stevia yaitu 60oC, 80oC, dan 100oC dan suhu ekstraksi daun stevia dengan pelarut air yaitu 25oC, 40oC, 60oC, dan 100oC. Tahap kedua penjernihan dengan menggunakan membran ultrafiltrasi aliran silang. Pengamatan yang dilakukan antara lain pengaruh tekanan transmembran (1.49 bar, 1.61 bar, 1.65 bar, dan 1.87 bar), kecepatan alir (0.0029 m/s, 0.011 m/s, dan 0.02 m/s), dan konsentrasi umpan (20.4 g/L dan 28.7 g/L) terhadap fluksi, tingkat rejeksi membran terhadap steviosida, kenaikan konsentrasi larutan stevia dan karakteristik hasil larutan stevia.
Pada tahap pertama, konsentrasi steviosida tertinggi (8.9 g/L) diperoleh pada suhu pengeringan daun dan suhu mengekstrak daun yang digunakan adalah suhu 60oC dan suhu 100oC. Hasil pengamatan pada pengaruh tekanan transmembran terhadap fluksi, diperoleh fluksi yang tinggi sebesar 60.00 L/m2.jam pada tekanan transmembran 1.87 bar dengan konsentrasi 20.4 g/L dan kecepatan alir 0.02 m/s. Tingkat rejeksi yang diperoleh dalam penjernihan larutan ekstrak daun stevia dengan membran ultrafiltrasi aliran silang yaitu antara 36.7 – 69.3 persen. Tingkat kejernihan ekstrak daun stevia adalah persen kejernihan (%T) dan kadar abu.
62%. Pada kecepatan alir yang rendah (0.0029 m/s dengan tekanan transmembran 1.61 bar), persen kejernihan meningkat sebesar 60% dan penurunan kadar abu sebesar 59%.
Peningkatan kejernihan larutan ekstrak daun stevia dapat dilakukan dengan membran ultrafiltrasi aliran silang pada kondisi tekanan transmembran yang tinggi (1.87 bar) dan kecepatan alir rendah (0.0029 m/s). Pada kondisi tekanan transmembran tertinggi 1.87 bar dengan konsentrasi larutan umpan stevia 20.4 g/L dan kecepatan alir 0.02 m/s menghasilkan nilai fluksi tertinggi dan rejeksi terendah.
Fifi Isdianti. F34102078. Clarification of the Extract of Stevia Leaves (Stevia
rebaudiana Bertoni) using Cross Flow Ultrafiltration. Supervised by Erliza Noor.
2007.
SUMMARY
Industry of food, beverage and food supplement use sweetener to improve the flavor of their products. Sweeteners are categorized into two kinds, namely natural sweetener and artificial sweetener. Natural sweeteners which are commonly used are sucrose sugar or cane sugar. However, cane sugar/sucrose sugar has weakness, namely high content of calories, which can cause obesity and diabetes. Industries try to study the possibility of using artificial sweetener because of its high level of sweetness and low calories. However, artificial sweetener is carcinogenic. Therefore, the use of alternative natural sweetener which has the properties of high level of sweetness, low calories and non carcinogenic, is sought after. One such natural sweetener is stevia sweetener, derived from stevia plant leaves.
Stevia sweetener is obtained from the extraction of stevia leaves using polar solvent such as methanol, ethanol and methylated spirit. The second process is purification or clarification which is usually conducted by ion exchange process, using chromatography absorption column, or clarification using solvent. It is worrying that the use of chemical solvent could leave residue on the product. Therefore it is necessary to use alternative safe polar solvent, such as water for extracting the stevia leaves. Clarification of the stevia leaf extract is conducted by using ultrafiltration membrane due to absence of chemicals addition.
The objective of this research was learning the clarification of the stevia leaf extract using cross flow ultrafiltration. Tubular module is equipped with polyethersulfone MWCO 20000 Dalton. This research observed the effect of transmembrane pressure, cross flow velocity and feed concentration, on flux and membrane rejection in clarifying the stevia sweetener (stevioside).
Production of stevia sweetener was conducted in two stages. The first stage was determination of the drying temperature and extraction temperature on the basis of measurement of stevioside concentration. Temperatures for drying stevia leaves were 60oC, 80oC and 100oC, while temperatures for stevia leaves extraction with water solvent were 25oC, 40oC, 60oC and 100oC. the second stage of clarification used cross flow ultrafiltration membrane. The observations comprised among other things the effect of transmembrane pressure (1.49 bar, 1.61 bar, 1.65 bar, dan 1.87 bar), cross flow velocity (0.0029 m/s, 0.011 m/s, dan 0.02 m/s) and feed concentration (20.4 g/L dan 28.7 g/L) on flux, level of membrane rejection on stevioside, increase in stevia solution concentration, and characteristics of stevia solution product.
In the first stage, the highest stevioside concentration (8.9 g/L) was obtained at leaves drying temperature and leaves extraction temperature of 60oC and 100oC respectively. Observation of the effect of transmembrane pressure on flux, showed that the highest flux was 60.00 L/m2.hour at transmembrane pressure of 1.87 bar and concentration of 20.4 g/L and cross flow velocity of 0.02 m/s. rejection level in the clarification of extract solution of stevia leaves with cross flow
membrane pressure (1.87 bar and cross flow velocity of 0.02 m/s), percentage of clarity increased by 64% and ash content decrease was 62%. At low cross flow velocity (0.0029 m/s and transmembrane pressure of 1.61 bar) percentage of clarity increased by 60% and ash content decrease was 59%.
Increasing the clarity of stevia leaves could be conducted with cross flow ultrafiltration membrane at high transmembrane pressure condition (1.87 bar and cross flow velocity of 0.02 m/s) and at low cross flow velocity (0.0029 m/s with transmembrane pressure of 1.61 bar). At highest transmembrane pressure condition of 1.87 bar with stevia feed solution concentration of 20.4 g/L and cross flow velocity of 0.02 m/s, highest flux value and lowest rejection were obtained.
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahirabbil’alamin, Puji dan syukur penulis kepada Allah SWT, karena atas rahmat dan karunia-Nya penulis mampu menyelesaikan penelitian dan menyusun skripsi dengan judul Penjernihan Ekstrak Daun Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni) Dengan Ultrafiltrasi Aliran Silang dengan baik. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih yang tulus atas bantuan dan dukungan yang telah diberikan oleh berbagai pihak selama penulis melakukan penelitian hingga penyusunan skripsi. Rasa terima kasih penulis sampaikan kepada :
1. Kedua orang tua penulis yang tercinta atas doa yaitu Zulfiati dan Zulpan Munir, nasihat dan kasih sayang yang tak pernah terputus serta adik – adik (Hendra dan Dafit) penulis atas semangat dan doa yang telah diberikan kepada penulis.
2. Dr. Ir. Erliza Noor sebagai dosen pembimbing akademik atas dorongan dan saran yang diberikan mulai dari persiapan penelitian hingga terselesaikannya skripsi ini.
3. Dr. Ir. Suprihatin selaku dosen penguji atas saran, kritik, dan fasilitas yang telah diberikan.
4. Ir. Indah Yuliasih, MSi. selaku dosen penguji atas saran, kritik dan kesediaan untuk meluangkan waktu.
5. Fitri, Harti, Eva, Yoga, Santo dan Vico terima kasih atas semangat dan kebersamaannya.
6. Beny Budiansyah atas doa, semangat, saran dan kritiknya.
7. Yeni dan Fatma yang bersedia membantu penulis selama penelitian.
8. Ibu Rini, Pak Gunawan, Pak Sugiardi dan para laboran di laboratorium TIN. 9. Rekan – rekan TIN angkatan 39 seperjuangan.
10. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu
Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca yang membutuhkannya. Bogor, Mei 2007
DAFTAR ISI
Halaman KATA PENGANTAR ... i DAFTAR ISI ... ii DAFTAR GAMBAR... iv DAFTAR TABEL ... viDAFTAR LAMPIRAN ... vii I. PENDAHULUAN ... A. LATAR BELAKANG ... B. TUJUAN ... 1 1 2 II. TINJAUAN PUSTAKA ...
A. TANAMAN STEVIA ... B. STEVIA SEBAGAI PEMANIS ALAMI ... C. EKSTRAKSI PEMANIS STEVIA ... D. TEKNOLOGI MEMBRAN ... 1. Filtrasi Membran ... 2. Bahan Membran ... 3. Jenis Modul Membran ... E. MEMBRAN ULTRAFILTRASI ... F. KONDISI PROSES FILTRASI MEMBRAN ... G. PENJERNIHAN PEMANIS STEVIA ...
3 3 4 9 10 10 11 12 13 15 18 III. METODOLOGI ...
A. BAHAN DAN ALAT ... B. PROSEDUR PENELITIAN ...
19 19 20 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ...
A. Penentuan suhu pengeringan dan suhu ekstraksi daun stevia ... B. Penjernihan Larutan stevia dengan Ultrafiltrasi... 1. Fluksi Air ... 2. Kondisi Tunak Fluksi Larutan Stevia ... 3. Pengaruh Tekanan Transmembran Terhadap Fluksi... 4. Pengaruh Kecepatan Alir Terhadap Fluksi... 5. Pengaruh Konsentrasi Larutan Stevia Terhadap Fluksi...
23 23 27 27 28 29 31 32
