6 Andri Handriyansah
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Minyak Nilam
2.1.1 Deskripsi umum minyak nilam
Minyak nilam merupakan salah satu jenis minyak atsiri yang telah dikenal di Indonesia. Dalam perdagangan internasional, minyak nilam dikenal sebagai
patchouli oil (dari bahasa tamil pacthi (hijau) dan ellai (daun), karena minyaknya
disuling dari daun). Minyak nilam adalah minyak atsiri yang diperoleh dari penyulingan terna daun tanaman nilam (Pogostemon cablin Benth).
Komponen utama yang menentukan mutu minyak nilam adalah patchouli alkohol, selanjutnya disingkat dengan PA (Walker 1968). Minyak nilam yang baik umumnya memiliki kadar PA di atas 30%, berwarna kuning jernih, dan memiliki aroma yang khas dan sulit dihilangkan. Minyak nilam yang bermutu baik didapat dengan menggunakan teknik penyulingan uap kering yang dihasilkan dari mesin
7 Andri Handriyansah penghasil uap (boiler) yang diteruskan ke dalam tangki reaksi (autoklaf) selanjutnya uap akan menembus bahan baku nilam kering dan uap yang ditimbulkan diteruskan ke bagian pemisahan untuk dilakukan pemisahan uap air dengan uap minyak nilam dengan sistem penyulingan. Minyak nilam yang baik juga dapat dihasilkan dari tabung reaksi dan peralatan penyulingan yang terbuat dari baja tahan karat (stainless steel) dan peralatan tersebut digunakan hanya untuk menyuling nilam saja(tidak boleh dugunakan untuk menyaring bahan baku lainnya).
Menurut Gunawan dan Mulyani (2004) minyak nilam mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:
1. Tersusun oleh berbagai macam komponen senyawa;
2. Memiliki bau khas. Umumnya bau ini mewakili bau tanaman asalnya;
3. Mempunyai rasa getir, kadang-kadang berasa tajam, mengigit, memberi kesan hangat sampai panas, atau justru dingin ketika sampai dikulit, tergantung dari jenis komponen penyusunnya;
4. Dalam keadaan murni (belum tercemar oleh senyawa-senyawa lain) mudah menguap pada suhu kamar sehingga bila diteteskan pada selembar kertas maka ketika dibiarkan menguap, tidak meninggalkan bekas noda pada kertas yang diteteskan;
5. Bersifat tidak bisa disabunkan dengan alkali dan tidak bisa berubah menjadi tengik. Ini berbeda dengan minyak lemak yang tersusun oleh asam-asam lemak; 6. Bersifat tidak stabil terhadap pengaruh lingkungan, baik pengaruh oksigen
udara, sinar matahari (terutama gelombang ultra violet) dan panas, karena terdiri dari berbagai macam komponen penyusun;
8 Andri Handriyansah 8. Pada umumnya bersifat optis aktif dan memutar bidang polarisasi dengan rotasi yang spesifik karena banyak komponen penyusun yang memiliki atom C asimetrik;
9. Pada umumnya tidak dapat bercampur dengan air; 10. Sangat mudah larut dalam pelarut organik.
Minyak nilam sangat potensial digunakan sebagai bahan baku industri wangi-wangian (parfumary). Sepertiga dari produk parfum dunia memakai minyak ini, termasuk lebih dari separuh parfum untuk pria (Ketaren, 1985). Selain itu, minyak nilam digunakan sebagai salah satu bahan campuran produk kosmetik (sabun, pasta gigi, shampoo, lotion dan deodoran), kebutuhan industri makanan, kebutuhan farmasi, kebutuhan aroma terapi, bahan baku compound dan pengawet barang, serta berbagai kebutuhan industri lainnya (Mangun, 2008).
2.1.2 Komponen Minyak Nilam
Minyak nilam mengandung senyawa patchouli alkohol yang merupakan penyusun utama dalam minyak nilam, dan kadarnya mencapai 50 % - 60 % (Guenther, 1990). Patchouli alkohol merupakan senyawa yang menentukan bau minyak nilam (Albert dan Trifilieff, 1988). Salah satu sifat minyak nilam yang khas adalah daya fiksasinya yang cukup tinggi.
Menurut penelitian Hermani dan Tangendjadja ( 1988 ) bahwa komponen – komponen penyusun minyak nilam adalah benzaldehid, kariofilen, α – patchoulena, bulnesen dan patchouli alkohol.
9 Andri Handriyansah Patchouli alkohol merupakan senyawa sesquiterpen alkohol tersier trisiklik. Tidak larut dalam air, larut dalam alkohol, eter atau pelarut organik yang lain, mempunyai titik didih 140 °C pada tekanan 8 mmHg. Kristal yang terbentuk mempunyai titik lebur 56 °C. Patchouli alkohol disebut juga patchouli camphor atau oktahidro-4,8a, 9, 9-tetrametil-1, 6-metanonaftalen, mempunyai berat molekul 222,36 gram/mol dengan rumus molekul C12H26
Kandungan terbesar yang berada di dalam minyak nilam meliputi : patchouli alkohol, benzaldehid, β – kariofilen, α – bulnesen (Santoso, 1990). Jumlah dan titik didih komponen terbesar minyak nilam tercantum pada tabel 2.1 :
O.
Tabel 2.1. Komponen Utama dalam Minyak Nilam
Komponen Jumlah ( % ) Titik Didih ( °C )
Benzaldehid 2,34 178,1 β – Kariofilen 17,29 260,5 α – Patchoulena 28,28 255 – 250 α – Bulnesen 11,76 274,149 Patchouli alkohol 40,04 140 1. Patchouli Alkohol
Komponen utama minyak nilam adalah patchouli alkohol yang merupakan salah satu penentu parameter mutu minyak nilam. Menurut Kataren (1986), patchouli alkohol tergolong kedalam golongan terpen – O (oxygenated terpen).
10 Andri Handriyansah Persenyawaan ini mempuyai nilai kelarutan yang tinggi dalam alkohol encer, serta lebih stabil terhadap oksidasi maupun resinifikasi.
Patchouli alkohol merupakan sesquiterpen alkohol yang dapat diisolasi dari minyak nilam dan mempunyai sifat tidak larut dalam air, larut dalam alkohol, eter maupun pelarut organik yang lainnya, memiliki titik didih 140 °C / 8 mmHg, dalam bentuk kristal berwarna putih dengan titik leleh 56 °C (Sastrohamidjojo,2002). Karakteristik patchouli alkohol dapat dilihat pada tabel 2.2 :
Tabel 2.2. Sifat Fisik Patchouli Alkohol
Sifat fisik Nilai
Bobot Jenis (20/4 °C) 1,0284
Indeks Bias (20 °C) dan (25 °C) 1,5245 dan 1,52029
Titik Didih (8 mmHg) 140 °C
Sumber : Sastrohamidjojo, 2002
11 Andri Handriyansah 2.1.3 Standar Mutu Minyak Nilam Berdasarkan Standar Nasional Indonesia
(SNI) dan Internasional Operation (ISO)
Mutu minyak nilam dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain jenis atau varietas tanaman, umur tanaman sebelum dipanen, perlakuan bahan mentah sebelum penyulingan, alat yang digunakan, cara penyulingan, perlakuan terhadap minyak setelah penyulingan, pengemasan dan penyimpanan minyak.
Persyaratan mutu minyak nilam berdasarkan Standar Nasional Indonesia (SNI) 06-2385-2006 disajikan dalam Tabel 2.3 di bawah ini :
Tabel 2.3. Persyaratan Mutu Minyak Nilam Berdasarkan SNI 2006 Parameter / Karakteristik Satuan Minyak Nilam
Warna - Kuning Muda – coklat kemerahan
Bobot Jenis 25°C / 25°C - 0,950 – 0,957 Indeks Bias (nD20) - 1,507 – 1,515
Bilangan Asam - Maks. 8,0
Bilangan Ester - Maks. 20,0
Putaran Optik - ( - ) 48° - ( - )65°
Patchouli Alkohol ( C15H26O ) % Min. 30 Kelarutan dalam Alkohol 90%
pada suhu 20°C ± 3°C
-
Larut jernih atau opalesensi ringan dalam perbandingan 1 : 10
Mutu minyak nilam sangat ditentukan pleh sifat dan senyawa kimia yang terkandung di dalamnya. Sifat fisik seperti bobot jenis, indeks bias, putaran optik,
12 Andri Handriyansah dan kelarutan dalam alkohol 90% dapat dijadikan kriteria untuk menentukan kemurnian minyak.
Menurut standar ISO 3757:2002 “Oil of patchouli [Pogastemon cablin (blanco) Bents]”, syarat mutu minyak nilam adalah seperti tercantum pada tabel 2.4:
Tabel 2.4. Syarat Mutu Minyak Nilam Berdasar ISO 3757:2002
NO Jenis Uji Satuan Persyaratan
1. Warna - Kuning – coklat kemerahan
2. Bobot Jenis 20°C/20°C - 0,952 – 0,975
3. Indeks Bias (nD 20) - 1,5050 – 1,5150
4. Kelarutan dalam etanol 90% pada suhu 20°C
-
Larutan jernih atau opalesensi ringan dalam perbandingan volume 1:10
5. Bilangan Asam - Maksimum 4
6. Bialngan Ester - Maksimum 10
7. Putaran Optik - (-)40° - (-)60°
8. Profil Kromatografi
Komponen Minimum (%)
Maksimum (%)
13 Andri Handriyansah Copaene trace 1 α-Guaiene 11 16 β-Caryophyllene 2 5 Bulnesene 13 21 Nor-Patchoulenol 0,35 1 Patchoulol 27 35 Pogostol 1 2,5
Catatan 1 : Sangat dimungkinkan ditemukan sampai dengan 0,2 % α-Gurjune pada minyak nilam yang didistilasi pada skala kecil.
Catatan 2 : Profil kromatografi adalah normatif, sebaliknya kromatogram yang diberikan dalam annex A hanya merupakan informasi
Menurut Rusli, dkk (1979) apabila bobot jenis, indeks bias, dan putaranoptik menunjukan angka yang tertinggi, kemungkinan minyak nilam tersebut mengandung bahan – bahan lain seperti mineral dan lemak. Sebaliknya jika sifat itu menunjukan angka rendah, maka kemungkinan minyak nilam tersebut mempunyai kadar eugenol yang rendah.
Menurut Somaatmadja (1972) minyak nilam yang baik secara sensorik ditunjukan oleh minyak nilam yang berwarna kuning jernih hingga coklat kemerahan jernih dan tidak berbau gosong. Warna minyak nilam merupakan salah
14 Andri Handriyansah satu elemen penting dalam penentuan mutu, karena konsumen lebih menyukai minyak nilam yang berwarna muda (light) (Ketaren, 1985). Warna ini sangat dipengaruhi oleh varietas tanaman, umur panen dan alat penyuling terutama pada bagian kondensor dan separator oil. Lamanya penyimpanan dan bahan pengemas (Rusli dkk, 1985).
Mutu minyak nilam yang baik secara kimia ditunjukan oleh nilai bilangan ester. Bilangan ester yang baik sangat penting dalam penentuan mutu minyak nilam karena ester merupakan komponen yang berperan dalam menentukan aroma minyak nilam. Semakin tinggi bilangan ester, maka semakin tinggi mutu minyak nilam (Haris, 1990).
2.1.4 Kerusakan Mutu Minyak Nilam
Kerusakan yang sering terjadi pada minyak nilam adalah kerusakan komponen kimia yang disebabkan oleh proses hidrolisis, oksidasi, resinifikasi, dan pencemaran oleh wadah kemasan (Ketaren, 1985). Kerusakan juga dapat terjadi karena penggunaan tekanan yang tinggi (5 – 6 bar) pada saat penyulingan. Tekanan yang tinggi pada saat penyulingan akan menaikan suhu dalam ketel sehingga menyebabkan proses hidrolisis.
Pada minyak atsiri bahan yang mengotori antara lain adalah debu, oksidasi logam (karat), resin dan sebagainya yang terlarut, terdisperasi atau termulsi di dalam minyak (Ketaren, 1985).
Hidrolisis terjadi dalam minyak atsiri yang mengandung ester, dimana ester akan terhidrolisis secara sempurna dengan adanya air dan asam sebagai katalisator.
15 Andri Handriyansah Hidrolisis ester merupakan proses pemisahan gugus OR dari gugus asil (acyl) dalam molekul ester sehingga terbentuk asam bebas dan alkohol. Asam organik hasil hidrolisis ester, dapat bereaksi denganion logam dan membentuk garam yang mengakibatkan minyak nilam berubah menjadi gelap.
Oksidasi adalah pelepasan elektron oleh molekul atau ion. Menurut Ketaren (1985), reaksi oksidasi pada minyak nilam terutama terjadi pada ikatan rangkap dalam terpen. Bilangan peroksida yang terbentuk sebagai hasil reaksi oksidasi bersifat labil dan mudah terurai membentuk senyawa aldehida dan asam organik yang menyebabkanperubahan bau ke arah yang tidak dikehendaki.
Resinifikasi (polimerisasi) adalah reaksi pembentukan rantai polimer organik yang panjang dan berulang. Beberapa fraksi dalam minyak nilam dapat membentuk resin. Resin ini dapat terbentuk selama proses penyulingan yang menggunakan tekanan tinggi dan suhu tinggi selama penyimpanan. Resin ini sulit terlarut dalam alkohol, sehingga membentuk dispersi dan menyebebkan minyak nilam menjadi keruh atau berupa endapan dalam minyak nilam (Ketaren, 1985).
2.1.5 Distilasi
Prinsip utama dalam proses pemisahan secara distilasi adalah adanya beda titik didih dari masing – masing komponen dalam campuran yang akan dipisahkan dan adanya komposisi uap yang berbeda dengan komposisi cairan pada keadaan setimbang. Secara teoritis proses distilasi tidak pernah memberikan hasil yang absolut murni. Pada prakteknya dapat dihasilkan produk dengan berbagai macam kemurnian, tetapi tetap harus mempertimbangkan faktor ekonomis.
16 Andri Handriyansah Pada proses distilasi hal lain perlu diperhatikan adalah refluk rasio. Refluk rasio yang digunakan pada penelitian ini adalah perbandingan antara waktu keluar distilat yang telah terkondensasi dan kemudian ditampung, dengan waktu pengembalian distilat yang telah terkondensasi kedalam kolom. Pengaruh refluk rasio ini adalah untuk lebih memperkaya distilat yang dihasilkan dengan komponen yang imgin dipisahkan, sehingga kandungan komponen dalam distilat yang dihasilkan tersebut akan semakin murni.
Dalam praktek ada beberapa campuran yang tidak memberikan beda titik didih, juga tidak memberi beda komposisi cairannya pada keadaan setimbang, maka menimbulkan adanya beberapa macam proses distilasi :
1.Proses distilasi normal yaitu suatu proses distilasi dengan menggunakan tekanan atmosfer. Pada proses ini titik didih campuran cukup besar perbedaanya, sehingga proses pemisahannya mudah dikerjakan.
2. Proses distilasi bertingkat yaitu suatu proses distilasi dengan letak pengambilan hasil bertingkat – tingkat atau setelah didistilasi hasilnya didistilasi lebih lanjut untuk memperoleh kemurnian yang lebih baik.
3. Proses distilasi vakum yaitu suatu proses distilasi dengan menggunakan tekanan sangat rendah, pada proses ini titik didih campuran yang akan dipisahkan mendekati sehingga pemisahannya menjadi sukar. Kemudian dengan jalan mengubah tekanan operasi akan memberikan tekanan uap masing – masing komponen, sehingga pemisahan dapat dijalankan.
17 Andri Handriyansah 2.1.5.1 Refluk Rasio
Selain tekanan vakum, refluk rasio sangat berpengaruh pada kemurnian senyawa yang akan dipisahkan. Refluk rasio adalah perbandingan antara kuantitas kondensat yang dikembalikan ke kolom (kuantitas refluks) persatuan waktu terhadap kuantitas distilat yang diambil persatuan waktu disebut perbandingan refluks (Handojo, 1995)
Rasio refluks didefinisikan sebagai rasio antara jumlah mol uap yang diubah menjadi cairan yang dikembalikan ke dalam kolom fraksionasi dengan jumlah mol cairan yang dikumpulkan sebagai distilasi dalam unit waktu tertentu. Rasio refluks seharusnya divariasikan sesuai dengan tingkat kesulitan pemisahan fraksionasi. Operasi pemisahan berefisiensi tinggi memerlukan rasio refluks yang tinggi.
Menurut Cook dan Cullen (1987), rasio refluks adalah jumlah liter(kg) cairan yang dikembalikan ke boiler dibandingkan dengan jumlah liter (kg) cairan yang ditampung dalam wadah penampung. Umumnya semakin tinggi nilai rasio refluks, maka semakin besar efisiensi proses pemisahan. Menurut Furniss et al (1984), peningkatan rasio refluks di atas nilai tertentu tidak akan menaikkan tingkat pemisahan atau efisiensi kolom.
Salah satu metode untuk meningkatkan efisiensi proses pemisahan adalah dengan menggunakan teknik refluksisasi, yaitu sebagian produk dikembalikan ke sistem untuk pindah bahan dari fase cair ke fase uap. Contoh umum penggunaan prinsip refluksisasi adalah fraksionasi atau rektifikasi, yaitu penguapan dan pengembunan secara bergantian (Mellon, 1956).
Proses refluks terjadi di dalam stillhead, refluksat mengalir turun dan dibawa ke dalam bahan pengisis kolom dan tercampur dengan uap yang sedang naik. Hasil pencampuran refluksat dengan fase yang naik menyebabkan terjadinya penukaran panas dan bahan. Bagian senyawa kurang volatile di dalam uap dikondensasi melalui panas yang dipindahkan oleh refluksat. Absorpsi panas oleh refluksat dari uap yang naik menyebabkan penguapan sebagian kecil senyawa yang kontak menjadi fase uap dan kemudian terkondensasi menjadi produk, sehingga
18 Andri Handriyansah produk yang diperoleh lebih banyak mengandung fraksi yang lebih mudah menguap lebih banyak. Secara umum dalam pemisahan dua jenis cairan dengan titik didih yang berdekatan memerlukan kolom yang lebih panjang dan rasio refluks yang lebih besar (Mellon, 1956).
2.1.6. Ekstraksi
Ekstraksi adalah suatu proses pemisahan dari bahan padat maupun cair dengan bantuan pelarut. Pelarut yang digunakan harus dapat mengekstrak substansi yang diinginkan tanpa melarutkan material lainnya. Ekstraksi padat – cair atau
Leaching adalah transfer difusi komponen terlarut dari padatan inert kedalam
pelarutnya. Proses ini merupakan proses yang bersifat fisik karena komponen terlarut kemudian dikembalikan lagi keasaan semula tanpa mengalami perubahan kimiawi. Ekstrak dari bahan padat dapat dilakukan jika bahan yang diinginkan dapat larut dalam pelarut pengekstraksi (Panji, 2005). Ekstraksi tergantung dari beberapa faktor antara lain yaitu :
1. ukuran partikel 2. jenis zat pelarut 3. suhu
4. pengadukan
Ekstraksi termasuk proses pemisahan melalui dasar operasi difusi. Secara difusi, proses pemisahan terjadi karena adanya perpindahan solute, searah dari fasa
19 Andri Handriyansah diluen ke fasa solven, sebagai akibat adanya beda potensial diantara dua fasa yang saling kontak sedemikian, hingga pada suatu saat, sistem berada dalam keseimbangan.
Secara garis besar, proses pemisahan secara ekstraksi terdiri dari tiga langkah dasar :
1. Langkah pencampuran, dengan menambahkan sejumlah massa solven sebagai tenaga pemisah (MSA).
2. Langkah pembentukan fasa kedua atas fasa ekstrak yang diikiuti dengan pembentukan keseimbangan.
3. Langkah pemisahan kedua fasa seimbang.
Sebagai tenaga pemisah, solven harus dipilih sedemikian hingga kelarutan dengan diluen adalah terbatas atau bahkan sama sekali tidak melarutkan, karena ketika sejumlah massa solven ditambahkan ke dalam larutan (solute dalam diluen), maka akan terbentuk dua fasa cairan yang tidak saling melarut (Treybal, 1981).
Fasa yang banyak mengandung diluen disebut sebagai fasa rafinat, sedang fasa yang sebagian besar terdiri dari solven disebut sebagai fasa ekstrak. Terbentuknya dua fasa cairan memungkinkan semua komponen yang ada dalam campuran terdistribusi dalam kedua fasa sesuai dengan koefisien distribusinya, hingga pada suatu saat dua fasa yang saling kontak berada dalam keseimbangan.
