Rancang Bangun Alat Penyuling Minyak Atsiri (Tipe Uap Langsung)

15 

Teks penuh

(1)

TINJAUAN PUSTAKA

Minyak Atsiri

Minyak atsiri dihasilkan dari tanaman dan mempunyai sifat mudah

menguap pada suhu kamar tanpa mengalami dekomposisi, mempunyai rasa getir,

berbau wangi sesuai dengan bau tanaman penghasilnya, umumnya larut dalam

pelarut organik dan tidak larut dalam air. Minyak atsiri dapat bersumber pada

setiap bagian tanaman yaitu daun, bunga, buah, biji, batang atau kulit dan akar

atau rhizome (Ketaren, 1985).

Minyak atsiri, atau dikenal juga sebagai minyak eteris (aetheric oil), minyak esensial, minyak terbang, serta minyak aromatik, adalah kelompok besar

minyak nabati yang berwujud cairan kental pada suhu ruang namun mudah

menguap sehingga memberikan aroma yang khas. Minyak atsiri bersifat mudah

menguap karena titik uapnya rendah. Selain itu, susunan senyawa komponennya

kuat mempengaruhi saraf manusia (terutama di hidung) sehingga seringkali

memberikan efek psikologis tertentu (baunya kuat) (switaning, dkk, 2010).

(2)

Banyaknya ragam minyak atsiri di pasaran internasional dan masih

sedikitnya jenis minyak atsiri yang di Indonesia menunjukkan bahwa peluang

pasar ekspor minyak atsirir masih terbuka sangat lebar. Disamping itu besarnya

nilai impor minyak atsiri menunjukkan bahwa potensi pasar di dalam negeri juga

masih terbuka lebar. Di sisi lain juga masih banyak tanaman yang menghasilkan

jenis minyak atsiri seperti adas, jahe, jeruk, cengkeh, jeruk purut, kapulaga dan

lain-lain yang belum dimanfaatkan sebagai minyak atsiri. Hingga saat ini

bahan-bahan tersebut masih diperdagangkan sebagai bahan-bahan mentah dan harganya rendah.

Melalui teknologi sederhana seperti penyulingan, bahan-bahan tersebut dapat

dibuat menjadi minyak atsiri yang harganya jauh lebih tinggi. Dengan semakin

berkembangnya industri obat-obatan, parfum, kosmetika, pengolahan

makanan-minuman, aromaterapi dan lain-lain, kebutuhan akan minyak atsiri semakin besar

baik volume, maupun jenisnya (Prakosa, dkk, 2013).

Cengkeh

Cengkeh memiliki nama lain seperti clove tree atau sering juga disebut

Eugenia aromatica. Secara garis besar tanaman cengkeh memiliki klasifikasi

dalam dunia tumbuh-tumbuhan yaitu:

Divisi : Spermatophyta

Subdivisi : Angiospermae

Kelas : Dicotyledonae

Ordo : Myrtales

Famili : Myrtaceae

Genus : Syzygium

(3)

Cengkeh (Eugenia aromatic OK atau Syzigium aromaticum (L)) termasuk

family Myrtaceae. Tanaman ini berbentuk pohon, tingginya dapat mencapai 20-30 m, dan dapat berumur lebih dari 100 tahun. Tajuk tanaman cengkeh umunya

berbentuk kerucut, piramida, atau piramida ganda. Dalam satu periode ujung

ranting akan mengeluarkan satu set daun yang terdiri lima pasang. Masing-masing

pasangan terdiri atas dua daun yang terletak saling berhadapan. Tanaman cengkeh

mulai berbunga pada umur 4,5-8,5 tahun, tergantung dari jenis dan

lingkungannya. Bunga ini merupakan bunga tunggal, berukuran kecil

(panjang 1-2 cm), dan tersusun dalam satu tandan yang keluar pada ujung-ujung

ranting (Daniarti dan Najiyati, 1991).

Gambar 2. Cengkeh,

Hasil tanaman cengkeh yang banyak dimanfaatkan di Indonesia adalah

bunganya, yang digunakan sebagai bahan tambahan di pabrik rokok. Gagang dan

daun cengkeh di areal perkebunan cengkeh masih banyak yang belum

dimanfaatkan padahal daun dan gagang cengkeh dapat diambil minyaknya dengan

cara penyulingan. Minyak daun cengkeh yang dihasilkan kira-kira adalah 2,5 %

dari berat daun kering. Potensi minyak daun cengkeh di Indonesia sangat besar

tetapi dibiarkan membusuk tanpa dimanfaatkan Komposisi utama minyak

cengkeh adalah eugenol, eugenol asetat dan caryofilen. Komposisi minyak yang

(4)

eugenol asetat 11-21% dan caryofilen 5- 13%. Senyawa lain yang ada dalam

jumlah k ecil adalah α d an β Hmulen, α Cu b enene, meth y l benzoate, dll. Titik

didih dari yang paling ringan dari ke 3 komponen terbesar adalah caryofilen,

eugenol dan eugenol asetat Minyak daun cengkeh dihasilkan dari penyulingan

daun cengkeh melalui beberapa cara penyulingan yaitu penyulingan dengan air,

penyulingan air dan uap dan penyulingan uap. Kualitas hasil penyulingan

tergantung dari cara penyulingan dan alat yang digunakan. Penyulingan uap

menghasilkan minyak cengkeh dengan komposisi eugenol yang lebih baik dari

pada menggunakan cara penyulingan uap-air atau penyulingan air. Demikian juga

rendemen hasil minyak yang diperoleh, dengan penyulingan uap jenuh

mempunyai rendemen yang lebih besar (Sukarsono,dkk, 2005).

Bahan Logam yang Digunakan

Jika hendak membuat alat penyulingan, hal yang harus diperhatikan adalah

logam yang akan digunakan sebagai bahan dasar pembuatan alat. Stainless steel

dapat bertahan dari serangan karat berkat interaksi bahan-bahan campurannya

dengan alam. Stainless steel terdiri dari besi, krom, mangan, silikon, karbon dan

seringkali nikel dan molibdenum dalam jumlah yang cukup banyak. Elemen-elemen ini bereaksi dengan oksigen yang ada di air dan udara membentuk sebuah

lapisan yang sangat tipis dan stabil yang mengandung produk dari proses karat

atau korosi yaitu metal oksida dan hidroksida. Krom, bereaksi dengan oksigen, memegang peranan penting dalam pembentukan lapisan korosi ini. Pada

kenyataannya, semua stainless steel mengandung paling sedikit 10% krom. Keberadaan lapisan korosi yang tipis ini mencegah proses korosi berikutnya

(5)

dengan permukaan logam. Hanya beberapa lapisan atom saja cukup untuk

mengurangi kecepatan proses karat selambat mungkin karena lapisan korosi

tersebut terbentuk dengan sangat rapat. Lapisan korosi ini lebih tipis dari panjang

gelombang cahaya sehingga tidak mungkin untuk melihatnya tanpa bantuan

instrumen moderen. Besi biasa, berbeda dengan stainless steel, permukaannya tidak dilindungi apapun sehingga mudah bereaksi dengan oksigen dan membentuk

lapisan Fe2O3 atau hidroksida yang terus menerus bertambah seiring dengan

berjalannya waktu. Lapisan korosi ini makin lama makin menebal dan kita kenal

sebagai karat (Widiantara, 2010)

Tekanan dan Uap

Tekanan didefenisikan sebagai gaya per satuan luas. Satuan tekanan

bergantung pada satuan tekanan dan satuan luas. Pada umumnya satuan tekanan

yang digunakan kg/cm². Sering juga tekanan digunakan dengan satuan atmosfir

dan ditulis dengan atm, dimana 1 atm = 1kg/cm². Hukum Charles mengatakan

volume suatu massa gas sempurna berubah dengan berbanding langsung dengan

temperature mutlak, jika tekanan mutlaknya konstan. Dalam hal ini dapat

disimpulkan bahwa volume, temperature, dan tekanan berubah secara bersamaan.

(Daryus, 2007).

Laju destilasi mencerminkan banyaknya uap yang terkondensasi menjadi

fasa cair selama selang waktu tertentu, misalnya satu jam. Nilai ini sebanding

dengan jumlah uap air yang melewati bahan dalam ketel destilasi. Makin besar

laju destilasi maka banyaknya uap air yang melewati bahan pada setiap satuan

waktu makin besar. Hal ini berarti bahwa laju aliran uap air yang melewati bahan

(6)

yang berakibat laju alir uap air makin cepat, maka waktu kontak antara uap air

dengan bahan dalam ketel menjadi makin pendek. Selama proses destilasi uap,

yang dapat terdestilasi bersama uap air hanya minyak atsiri yang berada di

permukaan bahan. Agar sebanyak mungkin minyak atsiri yang ikut terdestilasi

bersama uap air maka tekanan parsial uap minyak atsiri harus setinggi mungkin.

Hal ini hanya dapat dicapai bila suhu minyak atsiri sama dengan suhu uap air. Bila

waktu kontak antara bahan dengan uap air terlalu pendek maka, karena belum

dicapai keadaan setimbang, suhu bahan (dan suhu minyak atsiri yang terdapat

pada bahan tersebut) lebih rendah daripada suhu uap air. Akibatnya tekanan uap

minyak atsiri menjadi lebih rendah daripada tekanan uap pada suhu uap air,

sehingga uap minyak atsiri yang terkondensasi menjadi lebih sedikit yang

selanjutnya mengakibatkan perolehan minyak atsiri menjadi lebih rendah.

(Djojosubroto dan inggrid, 2011).

Cara Umum Pengambilan Minyak Atsiri

Pengambilam minyak atsiri dari tanaman penghasil minyak atsiri pada

umumnya dilakukan melalui tiga cara, yaitu dengan sistem penyulingan, ekstraksi

dengan bahan kimia dan juga sistem pengempaan. Menurut sastrohamidjojo

(2004) pada umumnya cara isolasi minyak atsiri adalah sebagai berikut: uap

menembus jaringan tanaman dan menguapkan semua senyawa yang mudah

menguap. Hidrodestilasi atau penyulingan dengan air terhadap tanaman meliputi

(7)

1. Penyulingan air

Gambar 3. Alat Penyuling langsung dengan air

2. Penyulingan uap dan air

Gambar 4. Alat penyuling dengan uap dan air

3. Penyulingan uap langsung

Gambar 5. Alat Penyuling dengan uap langsung

Pada dasarnya ketiga tipe penyulingan tersebut memiliki kesamaan yaitu

suatu pengertian dari sistem dua-fasa. Perbedaannya terletak pada cara

(8)

Penyulingan Tanaman Penghasil Minyak Atsiri

Secara umum kita mengenal ada tiga sistem penyulingan untuk minyak

atsiri yaitu, penyulingan dengan sistem rebus dimana bahan yang akan diambil

minyak atsirinya berhubungan langsung dengan air mendidih, selanjutnya

penyulingan uap dan air, dalam sistem penyulingan ini tanaman yang akan

diproses ditempatkan dalam satu tempat yang bagian bawah dan tengah

berlobang-lobang yang ditopang di atas dasar alat penyulingan, bagian bawah alat

penyulingan diisi air sedikit dibawah dimana bahan ditempatkan, dan yang

terakhir adalah penyulingan dengan sistem uap langsung, dimana bahan dan

sumber penghasil uap ditempatkan pada ruang yang berbeda pada sistem ini. Pada

alat penyulingan dengan sistem uap langsung uap yang digunakan lazim memiliki

tekanan yang lebih besar daripada tekanan atmosfer dan dihasilkan dari hasil

penguapan yang berasal dari suatu pembangkit uap air. Uap yang dihasilkan

kemudian dimasukkan kedalam alat penyulingan. Pada dasarnya tidak ada

perbedaan yang menyolok pada ketiga alat penyulingan tersebut. Namun

demikian pemilihan tergantung pada cara yang digunakan, karena reaksi tertentu

dapat terjadi selama penyulingan. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi pada

penyulingan uap antara lain:

1. Difusi atau perembesan minyak atsiri oleh air panas melalui selaput

tanaman, ini yang dikenal dengan pengertian hidrodifusi

2. Hidrolisis terhadap komponen tertentu dari minyak atsiri

3. Peruraian terjadi oleh panas

(9)

Uap air dan uap minyak dicairkan dengan cara mengalirkan pipa

berlingkar yang didinginkan dengan air. Alat pencair uap ini disebut dengan

kondensor. Cara pencairan uap yang baik adalah dengan mengalirkan air

pendingin berlawanan arah dengan aliran uap minyak. Berarti air pendingin

dimasukkan melalui bagian bawah kondensor dan dikeluarkan pada bagian atas.

Hasil sulingan minyak atsiri dan air ditampung ke dalam botol berleher panjang.

Karena minyak atsiri sangat mudah menguap, maka botol penampung sebaiknya

direndam dalam air dingin. Atau dapat juga dilakukan dengan meletakkan es batu

bercampur garam disekitar botol penampung agar suhu dingin dapat

dipertahankan lebih lama (Hendartomo, 1996).

Heat Exchanger (Alat Penukar Panas)

Penukar panas adalah peralatan utama untuk mentransfer panas antara

aliran panas dan dingin. Mereka memiliki bagian terpisah untuk dua aliran dan

beroperasi secara terus menerus. Mereka juga disebut recuperators untuk membedakan mereka dari regenerator, di mana panas dan aliran dingin melewati bergantian melalui saluran yang sama dan pertukaran panas dengan massa

peralatan, yang sengaja dibuat dengan kapasitas panas.

Berikut adalah beberapan jenis tipe heat exchanger yang biasa digunakan:

1. Exchanger plate and frame

Piring dan bingkai exchanger adalah majelis bergelombang dengan piring ditekan di atas bingkai. Pinggiran berisi cairan dan mengarahkan arus ke

dalam dan keluar dari ruang antara pelat. Panas dan dingin arus

yang sisi berlawanan dari piring. Tutup jarak dan adanya lipatan

(10)

dan fouling rendah, pesanan l-5 x 10-s Btu/(hr) (sqft) (°F). Aksesibilitas

panas permukaan pertukaran untuk membersihkan membuat mereka

sangat cocok untuk fouling jasa dan di mana tingkat tinggi sanitasi diperlukan, seperti dalam pengolahan makanan dan farmasi. Tekanan

operasi dan suhu dibatasi oleh sifat dari bahan gasketing, dengan maksimal biasa 300 psig dan 400 ° F.

2. Spiral heat exchanger

Cairan panas masuk di tengah elemen spiral dan arus ke pinggiran; aliran

cairan dingin berlawanan, masuk di pinggiran dan meninggalkan di

tengah. Perpindahan panas koefisien tinggi di kedua sisi, dan tidak ada

koreksi log, berarti perbedaan suhu karena aksi berlawanan benar.

Faktor-faktor ini dapat menyebabkan permukaan persyaratan 20% atau lebih

kurang dari jenis penukar panas dinding dan tabung. Jenis spiral

umumnya unggul dengan cairan sangat kental pada tekanan sedang.

Prosedur desain untuk piring spiral dan penukar tabung spiral yang terkait

disajikan oleh Minton (1970), Walker (1982) (dalam Wallas,1982).

3. Compact (flat in) exchanger

Dengan jenis yang sama alat-alat untuk cairan panas dan dingin,

digunakan terutama untuk layanan gas. Alat ini memiliki ciri khas

permukaan urutan 1200�2

/�3

(353��2

/��3

), tinggi kerut

3,8-11,8 mm, ketebalan 0,2-0,6 mm, dan kerapatan sirip 230-700/m. Izin

(11)

panas per satuan volume yang dapat dicapai dengan konstruksi dinding

dan tabung. Unit telah dirancang untuk tekanan sampai 80 atm atau lebih,

dimana panas mengalir dari dalam ke luar daerah berubah secara konstan.

Dengan demikian setara dari Persamaan, untuk silinder panjang N

Q = -kN(2�r)��

didih tinggi di bawah vakum didih rendah

Untuk menghasilkan rendemen minyak yang tinggi dengan hasil yang

maksimal maka sistem penyulingan yang paling baik digunakan adalah dengan

menggunakan sistem penyulingan uap langsung. Pada cara ini, ketel perebus air

dipisahkan dari ketel penyuling yakni ketel yang berisi bahan. Uap air yang

dihasilkan pada ketel perebusan air, dialirkan pada sebuah pipa ke dalam ketel

penyuling. Bahan yang disuling diletakkan di atas piringan yang berlubang-lubang

didalam ketel. Piringan boleh lebih dari satu dan disusun secara bertingkat. Untuk

memudahkan bergeraknya uap air ke tingkat yang lebih tinggi, maka harus

disediakan ruang kosong antara bahan yang terletak pada piringan di bawahnya

(12)

1 atmosfir) dialirkan ke dalam ketel penyuling. Bersama uap air ini, minyak atsiri

dari bahan akan ikut terbawa. Selanjutnya pipa penyalur disalurkan melalui ketel

ketiga yang berfungsi sebagai kondensor. Setelah mengalami proses kondensasi,

campuran minyak dan air kemudian dicampur pada bak pemisah cairan. Dengan

adanya perbedaan berat jenis maka air dapat dipisahkan dari minyak

(Sudaryani dan Sugiharti, 1999).

Minyak hasil sulingan harus segera dipisahkan setelah suhunya menyamai

suhu kamar. Jika tidak, minyak akan menimbulkan bau tengik. Minyak atau lemak

akan mengeluarkan bau tengik bila terjadi oksidasi, yaitu akibat bercampurnya

minyak/lemak, air, dan udara. Hal ini dilakukan agar tidak menurunkan nilai

ekonomis dari minyak tersebut yang mana selama ini seringkali terjadi didalam

industri kecil dan menengah yang tidak tahu dengan baik cara penanganan minyak

atsiri tersebut (Herlina dan Ginting, 2002).

Kandungan yang Terdapat Pada Minyak Atsiri

Minyak atsiri pertama kali diisolasi pada tahun 1300 oleh Arnold de

villanova. Produksi secara modern baru dilakukan oleh Lavoiser pada tahun

1760-1770. Ditinjau dari segi kimianya minyak atsiri hanya mengandung dua golongan

senyawa, oleoptena dan stearoptena. Oleoptena adalah bagian hidrokarbon di

dalam minyak atsiri dan berwujud cairan. Umumnya senyawa golongan oleoptena

terdiri atas senyawa monoterpen, sedangkan stearoptena adalah senyawa

hidrokarbon teroksigenasi yang umumnya berwujud padat. Steoreptena ini

umumnya terdiri atas senyawa susunan oksigen dan terpen. Hampir semua minyak

atsiri mengandung campuran senyawa kimia, dan biasanya campuran tersebut

(13)

dengan persentase sangat tinggi, seperti minyak mustard (Brasicca alba) dengan

kandungan alil isotianat 93%, danruk (Melaleuca leucaderon var latifolia) dengan kandungan metal euganol 98%, kayu manis cina (Cinnamommium Cassia) dengan kandungan sinamildehida 97%, dan cengkeh (Eugenia aromatica) dengan

kandungan senyawa fenol sekitar 85%, terutama euganol (Agoes, 2007).

Berdasarkan keanekaragaman mutu cengkeh yang bervariasi yang terjadi

akibat pengaruh bahan baku sampai dengan bentuk kepengusahaannya mutu

minyak cengkeh dapat dibedakan menjadi empat bagian mutu, antara lain

1. Special grade

Special grade merupakan mutu cengkeh yang terbaik sperti yang bersifat utuh, berseri, penuh, uniform, merata, bebas dari jamur, dan

tidak lebih dari; 3% ranting, cengkeh tua dan benda asing, 2% cengkeh

kokher dan 16% kadar air.

2. Mutu No 1

Mutu No 1 cengkeh merupakan mutu yang baik, bersifat utuh, cukup

merata, tidak berjamur dan mengandung tidak lebih dari; 5% ranting,

cengkeh tau, dan benda asing lainnya, 3% cengkeh kokher, dan 16%

kadar air

3. Mutu No 2

Mutu No 2 merupakan mutu cengkeh yang bebas dari jamur dan

mengandung tidak lebih dari; 5% ranting, 7%kokher, dan 16% kadar

(14)

4. Mutu No 3

Mutu No 3 merupakan mutu cengkeh yang mengandung tidak lebih

dari; 5% ranting, cengkeh tua, benda asing lain, 20% cengkeh kokher,

dan 16% kadar air.

Diantara mutu No. 2 dan No. 3 hanya sedikit perbedaanya. Jika ditinjau dari

kegiatan penyulingan maka mutu minyak No. 3 diperkirakan lebih baik karena

biasanya lebih kering dan lebih keras sehingga tidak menimbulkan bahan lengket

dan kerak pada alat-alat destilasi (Guenther, 1991).

Kandungan Kimia Minyak Atsiri Pada Daun Cengkeh

Pada tahun 1960, S. Arctander menyatakan bahwa minyak hasil sulingan

daun cengkeh kering dan daun kayu manis mengandung unsur euganol bermutu

tinggi. Sejak pertengahan tahun 60-an, clove leaf oil (minyak daun cengkeh) mendapat pasaran luas. Di Negara-negara industri, euganol yang dikandung

minyak tersebut dipisahkan, digunakan untuk bahan baku obat, pewangi teknis

sabun serta deterjen. Bahkan sekarang, meskipun mendapat keengganan di

kalangan pemakai, clove leaf oil mulai mendapat pijakan di industri wewangian.

Unsur euganol maupun phenol sangat mudah bersenyawa dengan besi. Oleh

karena itu, clove oil, clove steam oil, dan clove leaf oil harus dimuat dalam kemasan botol kaca, drum alumunium, atau drum timah (Harris, 1987).

Minyak daun cengkeh mempunyai kadar eugenol minimal 78% dan

beta-caryophyllene min 17 % dengan rendemen minyak sebesar 2% (SNI, 2006 dalam

Jayanuddin, 2011). Penelitian yang dilakukan oleh Jirovetz dkk. (2009) yang

(15)

menggunakan penyulingan uap didapat 23 komponen dengan kadar tertinggi yaitu

eugenol 76.8%, β-caryophyllene 17.4%, α-humulene (2.1%), dan eugenyl acetate

1.2%. Rendahnya kadar eugenol terjadi karena sistem pendinginan dan

penampungan sampel yang tidak sempurna, sehingga banyak eugenol yang

menguap (Jayanuddin, 2011).

Rendemen dan Lama Penyulingan

Rendemen adalah perbandingan antara minyak yang dihasilkan dengan

bahan tumbuhan yang diolah. Besarnya rendemen yang dihasilkan antara jenis

bahan yang satu berbeda dengan yang lainnya. Misalnya rendemen minyak sereh

0,8%, minyak kenanga 1,3%, dan nilam berkisar antara 2,5% sampai 4% untuk

jenis Nilam Aceh. Jenis tumbuhan, varietas, tempat pembudidayaan, dan cara

melaksanakan penyulingan sangat mempengaruhi hasil penyulingan. Penyulingan

dianggap selesai bila hasil sulingan yang ditampung tidak lagi mengeluarkan

minyak. Waktu yang dibutuhkan untuk menyuling sangat tergantung pada jenis

bahan yang disuling. Ada tumbuhan yang cepat melepaskan minyak, ada pula

yang lambat. Contohnya, penyulingan minyak lada hanya memakan waktu satu

jam, sereh selama tiga sampai empat jam, sedang minyak bunga kenanga

Figur

Gambar 1. Minyak Atsiri
Gambar 1 Minyak Atsiri . View in document p.1
Gambar 2. Cengkeh,
Gambar 2 Cengkeh . View in document p.3
Gambar 3. Alat Penyuling langsung dengan air
Gambar 3 Alat Penyuling langsung dengan air . View in document p.7
Gambar 5. Alat Penyuling dengan uap langsung
Gambar 5 Alat Penyuling dengan uap langsung . View in document p.7
Gambar 4. Alat penyuling dengan uap dan air
Gambar 4 Alat penyuling dengan uap dan air . View in document p.7

Referensi

Memperbarui...