BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Surfaktan
Surfaktan adalah suatu zat yang ditambahkan pada cairan untuk meningkatkan sifat penyebaran dengan menurunkan tegangan permukaan cairan.Kemampuan surfaktan dalam menurunkan tegangan dikarenakan surfaktan memiliki struktur molekul amphiphatic yaitu mempunyai struktur molekul yang terdiri dari gugus hidrofilik dan gugus hidrofobik.Sifat sifat surfaktan yang dapat menurunkan tegangan permukaan, tegangan antar muka, meningkatkan kestabilan partikel yang terdispensi dan mengontrol jenis formulasinya baik
oil in water (w/n) atau water in oil (w/o). Selain itu surfaktan akan terserap ke
dalam permukaan partikel minyak atau cair sebagai penghalang yang akan mengurangi atau mengambat penggabungan (coalescence) dari partikel yang terdispensi (Rieger, 1985).
Penambahan surfaktan dalam larutan akan menyebabkan turunnya tegangan permukaan larutan suatu cairan dan diantarmuka fasa baik cair-gas maupun cair-cair (Swasono,2012). Setelah mencapai konsentrasi terntentu, tegangan permukaan akan konstan walaupun konsentrasi surfaktan di tingkatkan. Bila surfaktan ditambah melebihi konsentrasi ini maka surfakan mengagregasi membentuk misel.Konsentrasi terbentuknya misel ini disebut critical micelle
consentration (CMC). Tegangan permukaan akan menurun hingga CMC
tercapai. Setelah CMC tercapai, tegangan permukaan akan konstan yang menunjukkan bahwa antarmuka menjadi jenuh dan terbentuk misel yang berada dalam keseimbangan dinamis dengan monomernya (Supriningsih, 2010).
Klasifikasi surfaktan berdasarkan muatannya yaitu :
1. Surfaktan anionik yaitu sufaktan yang bagian alkilnya terikat pada suatu anion. Karakteristiknya yang hidrofilik disebabkan karena adanya gugus
ionik yang cukup besar, yang biasanya berupa gugus sulfat atau sulfonat. Contohnya surfaktan aninonik diantaranya linier alkilbenzen sulfonat (LAS), alkohol sulfat (AS), alkohol ester sulfat (AES), alfa olein sulfonat (AOS), parafin (secondary alkane sulfonat, SAS) dan metil ester sulfonat (MES).
2. Surfaktan kationik yaitu surfaktan yang bagian alkilnya terikat pada suatukation. Surfaktan jenis ini memecah dalam media cair, dengan bagian kepala surfaktan kationik bertindak sebagai pembawa sifat aktif permukaan. Contohnya garam alkil trimethil ammonium, garam diakil-dimethil ammonium dan garam alkil diakil-dimethil benzil ammonium.
3. Surfaktan non ionik yaitu surfaktan yang bagian alkilnya tidak bermuatan. Contohnya ester gliserol asam lemak, ester sorbitan asam lemak, ester sukrosa asam lemak, polietilena alkil amina, glukamina, alkil poliglikosida, mono alkanol amina, dialkanol amina dan alkil amina oksida.
4. Surfaktan amfoter yaitu surfaktan yang bagian alkilnya mempunyai muatan positif dan negatif. Contohnya surfaktan yang mengandung asam amino, betain, fosfobetain.
Karakteristik utama surfaktan adalah pada aktivitas permukaannya.Surfaktan mampu meningkatkan kemampuan pembentukan emulsi minyak dalam air, mengubah kecepatan agregasi partikel terdispersi yaitu dengan menghambat dan mereduksi flokulasi dan penggabungan (coalescence) partikel yang terdispensi, sehingga kestabilan partikel yang terdispensi makin meningkat.Surfaktan mampu mempertahankan gelembung atau busa yang terbentuk pada air yang dikocok hanya bertahan beberapa detik.Namun dengan menambahkan surfaktan maka gelembung atau busa tersebut bertahan lebih lama.Surfaktan merupakan komponen yang paling penting pada sistem pembersih, sehingga menjadi bahan utama deterjen.
Hapsari, (2003) menyatakan surfaktan yang paling banyak digunakan adalah surfaktan anionik.Surfaktan pada umumnya disintesis dari turunan minyak
bumi, seperti linier alkilbensen sulfonat (LAS), alikil sulfonat (AS), alkil etokilat (AE) dan alkil etoksilat sulfat (AES). Surfaktan dari turunan minyakbumin dan gas alam ini dapat menimbulkan pencemaran terhadap lingkungan, karena surfaktan ini setalah digunakan akan menjadi limbah yang sukar terdegradasi. Disamping itu, minyak bumi yang digunakan merupakan sumber bahan baku yang tidak dapat diperbaharui. Masalah ini lah yang menyebabkan banyak pihak mencari alternatif surfaktan yang mudah terdegradasi dan berasal dari bahan baku yang diperbaharui. Alternatif tersebut antara lain penggunaan minyak nabati sebagai bahan baku pembuatan surfaktan. Salah satu jenis surfaktan berbahan baku minyak sawit yang ramah terhadap lingkungan adalah surfaktan jenis anionik yaitu MES.
2.2 Metil Ester Dari Minyak Sawit
Definisi metil ester menurut SNI (1999) adalah ester lemak yang dibuat melalui proses esterifikasi asam lemak dengan alkohol, berwujud cairan. Metil ester memiliki sifat tidak korosif (seperti halnya asam lemak nabati), lebih tahan terhadap oksidasi dan tidak mudah berubah warna (Darnoko et al., 2000). Metil ester dapat dihasilkan melalui proses esterifikasi asam lemak atau transesterifikasi.
2.2.1 Esterifikasi
Esterifikasi adalah tahap konversi dari asam lemak bebas menjadi ester.Esterifikasi mereaksikan minyak lemak dengan alkohol.Katalis-katalis yang cocok adalah zat berkarakter asam kuat dalam hal ini asam sulfat, asam sulfonat organik atau resin penukar kation asam kuat merupakan katalis-katalis yang biasa terpilih.dalam praktek industrial (Soerawidjaja, 2006). Adapun reaksi esterifikasi dapat dilihat pada gambar 2.2.1
RCOOH + R’ OH → RCOOR’ + H 2 O Asam lemak Alkohol Ester Air
Gambar 2.2.1 Reaksi Esterifikasi
Reaksi esterifikasi dilakukan untuk membuat biodiesel dari minyak berkadar asam lemak bebas tinggi (berangka-asam ≥ 5 mg-KOH/g). Pada tahap ini, asam lemak bebas akan dikonversikan menjadi metil ester. Tahap esterifikasi biasanya diikuti dengan tahap transesterfikasi.Namun sebelum produk esterifikasi diumpankan ke tahap transesterifikasi, air dan bagian terbesar katalis asam yang dikandungnya harus disingkirkan terlebih dahulu.
2.2.2 Transesterifikasi
Transesterifikasi (biasa disebut dengan alkoholisis) adalah tahap konversi dari trigliserida (minyak nabati) menjadi alkil ester, melalui reaksi dengan alkohol, dan menghasilkan produk samping yaitu gliserol. Di antara alkohol monohidrik yang menjadi kandidat sumber/pemasok gugus alkil, metanol adalah yang paling umum digunakan, karena harganya murah dan reaktifitasnya paling tinggi (sehingga reaksi disebut metanolisis).Dengan demikian biodiesel praktis identik dengan metil ester asam-asam lemak (Fatty Acids Metil Ester, FAME).Reaksi transesterifikasi juga menggunakan katalis dalam reaksinya.Tanpa adanya katalis, konversi yang dihasilkan maksimum namun reaksi berjalan dengan lambat (Alamanda, 2007).
Katalis yang biasa digunakan pada reaksi transesterifikasi adalah katalis basa, karena katalis ini dapat mempercepat reaksi.Katalis biasanya di gunakan untuk mempercepat laju reaksi dan yield.Alkohol berlebih juga di gunakan untuk kesetimbangan sehingga rekasi bergeser ke arah produk karena ini merupakan reaksi reversibel. Jadi, ketika NaOH, KOH, K2CO3 atau
sejenisnya dicampur dengan alkohol maka akan terbentuk larutan alkalinitas. Metanol (CH3OH), etanol (C2H5OH), propanol (C3H7OH) dan butanol
digunakan karena harga lebih murah dibandingkan alkohol lain, senyawa polar dengan rantai karbon terpendek sehingga bereaksi lebih cepat dengan trigliserida dan melarutkan semua jenis katalis baik basa maupun asam. Adapun reaksi pembentukan metil ester dapat di lihat pada gambar 2.2.2
Gambar 2.2.2. Reaksi Transesterifikasi dari Trigliserida Menjadi Metil Ester
2.3 Metil Ester Sulfonat (MES)
Metil Ester Sulfonat merupakan salah satu surfaktan anionik yang berfungsi sebagai bahan aktif penurunan tegangan permukaan suatu larutan dengan struktrur umum RCH(CO2ME)SO2Na. Produksi surfaktan MES dihasilkan
melalui proses sulfonasi dengan mereaksikan metil ester dengan agen sulfonasi NaHSO3
Gambar 2.3.1 Struktur molekul kimia MES (Watkins, 2001)
Gambar 2.3.2 Reaksi kimia antara Metil Ester dengan Natrium Bisulfit
Beberapa kelebihan surfaktan MES sebagai surfaktan antara lain:
1. Metil ester merupakan produk yang berasal dari sumber daya alam yang dapat diperbaharui, yakni tumbuhan maupun lemak hewan,
2. Ketersedian bahan mentah yang cenderung meningkat dari waktu ke waktu.
3. MES lembut dan tidak mengiritasi kulit.
4. MES memiliki detergency yang baik untuk air sadah sehingga mengurangi agen pelunak air. Hal ini dikarenakan MES tidak sensitif terhadap ion kalsium,
5. MES bersifat ramah lingkungan karena mudah terurai (biodegradable).
Tabel 1 Sifat dan Karakteristik Metil Ester Sulfonat
Parameter Nilai
Tegangan permukaan (dyne/cm) 32.8
Bilangan asam (mg KOH/g sampel) 16.32
Bilangan iod (g iod/100 g sampel) 7.84
Bilangan peroksida (mmol/1000 g
sampel) 9.85
Absorbansisulfonate (AU) 1.15
Ph 6.5 - 7.5
Densitas (gr/ml) pada suhu 25 C 0.87
Wujud Cair
2.4 Pengaruh Rasio Mol terhadap kualitas MES
Rasio mol merupakan salah satu faktor yang menentukan kualitas MES.Bahan pensulfonasi yang digunakan adalah NaHSO3.Penggunaan natrium bisulfit
dibuat berlebih bertujuan untuk memaksimalkan gugus sulfonat pada metil ester. Namun, rasio mol reaktan yang berlebihan akan menyebabkan reaksi samping terbentuknya garam yang tidak diinginkan, sehingga perlu dilakukan tahap pemurnian dengan menggunakan metanol terhadap MES yang terbentuk untuk mengurangi terbentuknya garam, mengikat air yang terdapat pada MES dan dapat menurunkan tegangan permukaan.
m
Keterangan
M = molalitas (mol/kg) g = gram zat terlarut (g) Mm = massa molar zat (g/mol) P = massa zat pelarut
2.5 Bilangan Iod (AOAC, 1995)
Bilangan iod adalah jumlah (gram) iod yang dapat diserap oleh 100 gram minyak.Bilangan iod dapat menyatakan derajat ketidakjenuhan dari minyak atau lemak. Semakin besar bilangan iod maka derajat ketidakjenuhan semakin tinggi.Bilangan iod bergantung kepada komposisi asam lemak penyusun minyak/ lemak ataupun produk turunannya. Asam lemak yang tidak jenuh dalam minyak atau lemak mampu menyerap sejumlah iod dan membentuk senyawa yang jenuh. Besar nya iod dilakukan untuk mengetahui kestabilan adisi gugus sulfat kedalam rantai lemak dan membentuk gugus sulfonat.Bilangan iod juga beguna sebagai petunjuk bentuk dari minyak atau lemak, lemak dengan bilangan iodin yang rendah biasanya akan berwujud padat, sedangkan apabila terlalu tinggi akan berwujud cair. Metil Ester
Sulfonat (MES) yang sempurna proses sulfonasinya akan menghasilkan bilangan iod yang rendah karena semua ikatan rangkap sudah diadisi secara sempurna (Rivai dkk, 2011). Dalam pelaksanaannya, untuk menentukan bilangan iod dari suatu minyak dilakukan titrasi iodometri dengan 4 cara yaitu cara Wijs, Hanus, Kaufman dan Von Hubl.
Contoh minyak yang telah disaring ditimbang sebanyak 0,5 gram didalam Erlenmeyer 250 ml, lalu dilarutkan dengan 10 ml kloroform atau tetraklorida dan ditambahkan dengan 25 ml pereaksi hanus. Semua bahan tersebut dicampur merata dan disimpan dalam ruangan gelap selama satu jam. Sebagian iodium akan dibebaskan dari larutan. Setelah penyimpanan, kedalamnya ditambahkan dalam 10 ml larutan KI 15.Iod yang dibebaskan kemudian dititrasi dengan larutan kanji satu persen dan titrasi kembali sampai warna biru hilang. Blanko dibuat dengan cara yang sama tanpa menggunakan minyak.
Perhitungan Bilangan Iod = ( )
Keterangan :
V1 = volume titrasi contoh uji, dinyatakan dalam milligram V2 = volume titrasi blangko, dinyatakan dalam milligram N = normalitas Na2S2O3
12,69 = bobot setara dari bilangan iod
2.6 Bilangan Peroksida (AOAC 1995)
Bilangan peroksida menunjukan terjadinya suatu reaksi oksidasi yang terjadi pada minyak yang dipanaskan dan adanya kontak minyak dengan udara. Bilangan peroksida dapat digunakan sebagai petunjuk adanya kerusakan oksidatif pada suatu minyak atau lemak dan turunannya, yang merupakan indikator bahwa suatu minyak atau lemak dan turunannya sebentar lagi
akanmengalami kerusakan atau tengik. Adanya peroksida sebenarnya tidak diharapakan pada karakteristik suatu minyak (Abdu, 2006).
Asam lemak tak jenuh dapat mengikat oksigen pada ikatan rangkapnya membentuk peroksida dan selanjutnya terbentuk senyawa aldehid, senyawa lakton, maupun senyawa akrolein.Hal ini lah yang menyebabkan baudanrasa tidak enak serta ketengikan minyak.Penelitian ini menunjukan bahwa semakin besar nilai bilangan peroksida berarti semakin banyak peroksida yang terdapat pada sampel (Ketaren, 1986).
Analisis bilangan peroksida dilakukan dengan menimbang 5 gram contoh dalam Erlenmeyer 250 ml kemudian ditambahkan 30 ml pelarut ( 60% asam asetat dan 40% kloroform) dan dikocok sampai sample larut. Selanjutnya ditambahkan 0,5 ml KI jenuh kemudian didiamkan selama 2 menit diruang gelap sambil sesekali dikocok. Tambahkan 30 ml aquades, kemudian titrasi dengan Natriumthiosulfat 0,01 N.
Perhitungan peroksida
( )
2.7 Bilangan Asam (AOAC, 1995)
Bilangan asam dinyatakan sebagai jumlah milligram kalium hidroksida yang diperlukan untuk menetralkan asam asam lemak bebas dari satu gram minyak.Bilangan asam digunakan untuk menentukan jumlah asam lemak bebas yang terdapat dalam minyak/lemak.Nilai bilangan asam ditentukan secara titrasi dengan larutan standar kalium hidroksida menggunakan indicator PP (Mappiratu, 2004). Diketahui bahwa semakin tinggi bilangan KOH yang digunakan pada proses titrasi maka semakin tinggi nilai keasaman nya.
Minyak yang akan diuji ditimbang sebanyak 5 gram dalam labu Erlenmeyer 250 ml dan ditambahkan 50 ml alkohol netral 95% lalu dipanaskan selama 10 menit dalam penangas air sambil diaduk. Setelah ditambahkan 2 tetes indicator penolphtalein 1% larutan dititrasi dengan KOH 0,1 N sampai berwarna merah jambu yang tidak hilang dalam beberapa detik. Selanjutnya dihitung jumlah miligram KOH yang digunakan untuk menetralkan asam dalam satu gram minyak atau lemak.(SNI 01-3555-1998)
Dalam mencari bilangan asam dapat dilakukan dengan rumus sebagai berikut ini:
Bilangan Asam =
Keterangan :
A = ml KOH untuk titrasi N = normalitas larutan KOH G = berat contoh (gram) 56,1 = berat molekul KOH
