3 II TINJAUAN PUSTAKA
A. Tanaman Jarak Pagar
Tanaman jarak (Jatropha curcas L.) dikenal sebagai jarak pagar. Jarak pagar merupakan tanaman semak yang tumbuh dengan cepat hingga mencapai ketinggian 1-7 meter. Tanaman ini tahan kekeringan dan dapat tumbuh di tempat dengan curah hujan 200 mm hingga 1500 mm per tahun. Daerah penyebaran tanaman terletak antara 40o LS sampai 50o LU dengan ketinggian optimal 300 meter di atas permukaan laut (Prihandana dan Hendroko, 2008). Tanaman jarak memerlukan iklim yang kering dan panas terutama pada saat berbuah. Suhu yang rendah pada saat penanaman dan pembungaan akan sangat merugikan karena mudah terserang jamur. Tanaman jarak pagar tumbuh di daerah tropis dan subtropis, dengan suhu optimum 20 – 35o C. Kelembaban yang tinggi akan mendorong perkembangan jamur sehingga akan menurunkan produktivitas. Tanaman jarak pagar tergolong tanaman hari panjang, yaitu tanaman yang memerlukan sinar matahari langsung dan terus menerus sepanjang hari. Tanaman tidak boleh terlindung dari tanaman lainnya, yang berakibat akan menghambat pertumbuhannya. Faktor utama yang berpengaruh terhadap tanaman adalah intensitas hujan, hari hujan perbulan dan panjang bulan basah. Intensitas hujan yang tinggi dalam bulan-bulan basah, akan mengakibatkan timbulnya serangan cendawan dan bakteri, baik di bagian atas maupun bagian dalam tanah. Pada saat berbunga dan berbuah membutuhkan bulan kering minimal 3 bulan (Hamdi, 2005 dalam Tim Departemen Teknologi Pertanian USU, 2005).
Tanaman jarak pagar mulai berbuah dan produktif penuh pada umur lima tahun serta umur produktifnya sampai 50 tahun (Prihandana dan Hendroko, 2008). Produktivitas pohon jarak sejak 5 tahun mencapai 0.4-12 ton biji per pohon, dalam satu hektar lahan pohon dapat menghasilkan 1,3 ton biji kering dalam setahun, sementara setiap ton biji kering akan menghasilkan 200 hingga 300 liter minyak jarak pagar.
4 B. Manfaat Tanaman Jarak Pagar
Bagian tanaman jarak yang dapat dimanfaatkan adalah biji, akar, daun, dan minyak dari bijinya. Bagian daun digunakan sebagai obat untuk penyakit koreng, eczema, gatal (pruritus), batuk sesak dan hernia. Bagian akar digunakan untuk rematik sendi, tetanus, epilepsy, bronchitis pada anak-anak, luka terpukul, TBC kelenjar dan schizophrenia (gangguan jiwa). Bagian biji digunakan untuk mengurangi kesulitan buang air besar (konstipasi), kanker mulut rahim dan kulit (carcinoma of cervix and skin), visceroptosis/gastroptosis, kesulitan melahirkan dan retensi plasenta/ari ari, kelumpuhan otot muka, TBC kelenjar, bisul, koreng, scabies ,infeksi jamur dan bengkak (Tim Departemen Teknologi Pertanian USU, 2005)
Minyak yang diekstrak dari biji jarak dapat digunakan sebagai alternatif sumber energi yaitu sebagai pengganti bahan bakar solar setelah melalui proses transesterifikasi, sehingga bisa digunakan untuk mobil dengan mesin diesel, mesin penggilingan beras dan kapal-kapal nelayan. Minyak jarak dan turunannya digunakan dalam industri cat, varnish, lacquer, pelumas, tinta cetak, linoleum, oil cloth dan sebagai bahan baku dalam industri-industri plastik dan nilon. Dalam jumlah kecil minyak jarak dan turunannya juga digunakan untuk pembuatan kosmetik, semir dan lilin (Ketaren, 1986). Sebelum digunakan untuk berbagai keperluan, minyak jarak perlu diolah lebih dahulu. Pengolahan ini meliputi dehidrasi, oksidasi, hidrogenasi, sulfitasi, penyabunan dan sebagainya. Pengolahan tersebut mengakibatkan perubahan sifat fisiko-kimia minyak jarak (Ketaren, 1986).
C. Komposisi Kimia Tanaman Jarak Pagar
Komposisi zat kimia pada bagian-bagian tanaman jarak pagar ditunjukkan pada Tabel 1. Zat kimia ini dapat digunakan pada berbagai industri. Tergantung dari varietasnya, biji jarak pagar mengandung minyak sebesar 40-60% (Liberalino et al, 1988; Gandhi et al, 1995; Sharma et al, 1997; Wink et al, 1997; Makkar et al, 1997; Openshaw, 2000 dalam Ashwani dan satywati, 2008), yang dapat digunakan untuk berbagai tujuan seperti penerangan (lighting), sebagai minyak pelumas, untuk pembuatan sabun
5 (Rivera-Lorca dan Ku-Vera, 1997) dan yang paling penting adalah sebagai biodiesel.
Tabel 1 Zat kimia yang terdapat pada bagian-bagian tanaman jarak
Bagian Komposisi zat kimia Pustaka
Aerial parts Organic acids(o and
p-coumaric acid,
p-OH-benzoic acid,
protocatechuic acid, resorsilic acid, saponins and tannins,)
Hemalatha and
Radhalcrishnaiah (1993)
Stembark β-Amyrin, β-sitosterol and
taraxerol
Mitra et al. (1970)
Leaves Cyclic triterpenes
stigmasterol, 3β,7α-diol, stigmast-5-en-3β,7α-diol, cholest-5-en-3β,7β-diol, cholest-5-en-3fl, 7α-diol, campesterol, β-sitosterol,7-keto-β sitosterol as well as the β-D-glucoside of β-sitosterol, Flavonoidsapigenin,Vitexin, isovitexin Leaves also contain the dimer of a
triterpene alcohol
(C63H117O9) and two favonoidal glycosides
Mitra et al. (1970), Khafagy et al (1977), Hufford and Oguntimein (1987)
Khafagy et al (1977)
Latex Curcacycline A, a cyclic
octapeptide
Curcain (a protease)
Van den Berg et al. (1995)
Nath and Dutta (1991
Seeds Curcin, a lectin
Phorbolesters
Esterases (JEA) and Lipase (JEB)
Stirpe et al. (1976) Adolf et al. (1984), Makkar et al. (1997) Staubmann et al. (1999) Kernal and press cake Phytates, saponins and a
trypsine inhibitor
Aregheore et al. (1997), Makkar and Becker (1997), Wink et al. (1997)
Roots β-Sitosterol and its
β-D-glucoside,marmesin, propacin,the
curculathyranes A and B and the curcusones A–D. and jatropholone A and B
Naengchomnong et al. (1986, 1994)
6 Tabel 2 Kandungan senyawa dalam daging biji jarak pagar
Senyawa Kandungan (%) Minyak / lemak 38 Protein 18 Serat 15.5 Air 6.2 Abu 5.3 Karbohidrat 17
Sumber: Lele, 2005 di dalam Prakoso, 2005
Tabel 3 Kandungan asam lemak jarak pagar
Asam lemak Komposisi (%)
Asam oleat 43.2
Asam linoleat 34.3
Asam palmitat 14.2
Asam stearat 6.9
Sumber: Prakoso, 2005
D. Sifat Fisik dan Kimia Minyak Jarak Pagar
Minyak jarak mempunyai rasa asam dan dapat dibedakan dengan trigliserida lainnya karena bobot jenis. Kekentalan (viskositas) dan bilangan asetil serta kelarutannya dalam alkohol nilainya relatif tinggi. Minyak jarak larut dalam etil alcohol 95% pada suhu kamar serta pelarut organik yang polar, dan sedikit larut dalam golongan hidrokarbon alifatis. Nilai kelarutan dalam petroleum eter relative rendah, dan dapat dipakai untuk membedakannya dengan golongan trigliserida lainnya. Kandungan tokoferol relatif kecil (0.05%), serta kandungan asam lemak essensial yang sangat rendah menyebabkan minyak jarak tersebut berbeda dengan minyak nabati lainnya (Ketaren, 1986). Sifat fisik dan kimia minyak jarak dapat dilihat pada Tabel 4.
7 Tabel 4 Sifat fisika dan kimia minyak jarak pagar
Karakteristik Nilai
Viskositas (gardner-hold), 25o C u-v (6.3-8.8 st) Bobot Jenis 20/20o C 0.957 – 0.963
Bilangan Asam 0.4 – 4.0
Bilangan Penyabunan 176 – 181
Bilangan tak Tersabun 0.7
Bilangan Iod (Wijs) 82 – 88
Warna (appearance) Bening
Warna Gardner (max) Tidak lebih gelap dari 3’
Indeks Bias 1,477 – 1,478
Kelarutan dalam alkohol (20oC) Jernih (tidak keruh)
Bilangan asetil 145 – 154
Titik Nyala (tag close cup) 230 oC Titik Nyala (cleveland open cup) 285 oC
Antoignition temperature 449 oC
Titik Api 322 oC
Titik Didih Dec
Putaran optik, 200 mm +7, 5s D + 9,0 Koefisien Muai per o C 0,00066
Pour Point -33oC
Tegangan Permukaan pada 20o C 39,9 dyne/cm Sumber: Bailey, 1950;Ketaren, 1986
Sebagai alternatif bahan bakar minyak, maka minyak biji jarak sudah memenuhi syarat ideal sebuah bahan bakar, yaitu nilai kalorinya 35,58 MJ/kg, bilangan asam 3,08 mg KOH/g, titik nyala 290oC, viskositas 50,80 cSt dan densitas 0,0181 g/cm3. Minyak jarak (Jatropha curcas Linn) berwarna kuning bening, memiliki bilangan iodine tinggi yaitu 105,2 mg yang berarti kandungan minyak tak jenuhnya sangat tinggi, terutama terdiri atas asam oleat dan linoleat yang mencapai 90%. Minyak jarak pagar (Jatropha Curcas Linn) mempunyai ikatan rangkap sehingga viskositasnya rendah (encer),
8 sedangkan minyak jarak ricinus (Ricinus communis) tidak memiliki ikatan rangkap dan mempunyai gugus OH sehingga minyaknya lebih kental. Pada suhu 25oC viskositas minyak jarak ricinus mencapai 600-800 cP dan pada suhu 100oC mencapai 15-20 cP, sehingga minyak jarak ricinus sesuai digunakan sebagai pelumas. (Trubus, 2005 dalam Departemen Teknologi Pertanian USU, 2005).
E. Proses Pengolahan Minyak Biji Jarak Pagar
Proses pengolahan minyak biji jarak dari buah jarak meliputi : pengeringan buah jarak untuk mengeluarkan biji dari buah jarak, pengeringan biji jarak hingga diperoleh kadar air biji 6%, pemisahan kulit biji (cangkang) dengan daging biji yang dapat dilakukan secara manual atau menggunakan mesin pemisah biji jarak, proses pemanasan daging biji (steam) pada suhu 170oC selama 30 menit, penghancuran daging biji, pengepresan minyak dengan menggunakan mesin pengepres, dan penyaringan minyak.
Bungkil biji jarak dari hasil pengepresan minyak jarak dapat digunakan sebagai pakan ternak setelah terlebih dahulu membuang racun ricin dan kurkinnya. Kadar racun jarak yang ditanam di Indonesia belum diketahui, sedangkan jarak Riccinus communis yang dibudidayakan di negara-negara lain seperti Afrika Selatan, Israel dan Turki berkadar ricin 3,3-3,9 mg/g. Setelah proses pemanasan , racun kurkin akan kehilangan daya toksiknya, sedangkan racun ricin dapat dihilangkan dengan perlakuan kimiawi, yaitu dengan menambahkan etanol dan NaOH. Tempurung jarak juga masih dapat dimanfaatkan melalui teknologi pirolisa dan dapat digunakan sebagai bahan bakar kompor (Trubus, 2005 dalam Departemen Teknologi Pertanian USU, 2005).
F. Ekstraksi Minyak Biji Jarak Pagar
Ekstraksi minyak adalah suatu cara untuk mendapatkan minyak atau lemak dari bahan yang diduga mengandung minyak atau lemak. Menurut Bailey (1945) di dalam Prakoso (2005), ekstraksi minyak dapat dilakukan
9 dengan tiga cara, yaitu rendering, mechanical expression dan dengan menggunakan pelarut yang biasa disebut solvent extraction.
Rendering adalah suatu cara ekstraksi minyak atau lemak dari bahan yang diduga mengandung minyak atau lemak dengan kadar air yang tinggi. Pada ekstraksi secara rendering dibutuhkan panas untuk menggumpalkan protein yang terdapat pada dinding sel bahan. Dengan adanya panas maka dinding tersebut akan pecah, sehingga minyak yang ada di dalamnya dapat keluar (Bailey, 1945; Swern, 1964 di dalam Prakoso, 2005).
Cara ekstraksi menggunakan mechanical expression terutama ditunjukan untuk ekstraksi minyak yang berasal dari biji-bijian dimana kadar minyak sekitar 30-50 persen. Sebagaimana kita ketahui bersama, minyak jarak pagar terkandung dalam bahan yang berbentuk biji dengan kandungan minyak sekitar 30-40 persen (biji berkulit). Pada cara ini diperlukan suatu perlakuan pendahuluan sebelum minyak atau lemak dipisahkan dari bijinya. Perlakuan pendahuluan tersebut meliputi pengecilan ukuran, penghalusan serta pemasakan (Jamieson, 1943; Swern, 1964; Bailey, 1945 di dalam Prakoso, 2005). Pada umumnya ada dua cara yang termasuk didalam mechanical expression, yaitu hydraulic pressing dan expeller pressing.
Ekstraksi hidrolik (hydraulic pressing) adalah ekstraksi dengan menggunakan tekanan. Tekanan yang dapat digunakan sekitar 140.6 kg/cm2. Besarnya tekanan yang digunakan akan mempengaruhi sedikit banyaknya minyak jarak pagar yang dihasilkan. Untuk teknik ekstraksi hidrolik, sebelum dilakukan ekstraksi, biji jarak perlu mendapatkan perlakuan pendahuluan berupa pemasakan. Pemasakan biji jarak bertujuan untuk menggumpalkan protein, mematikan enzim-enzim terutama enzim lipase kemudian untuk membuka sel-sel pembungkus minyak di dalam daging biji. Penggumpalam protein diperlukan untuk meningkatkan efisiensi ekstraksi, berkurangnya lipase yang aktif akan mengurangi proses hidrolisis trigliserida asam lemak. Jika enzim masih aktif maka kadar asam lemak bebas pada minyak akan bertambah ketika proses penyimpanan. Pembukaan sel-sel minyak pada daging biji akan membantu mempercepat proses ekstraksi. Dengan ekstraksi hidrolik umumnya dihasilkan rendemen minyak sampai dengan 30 persen
10 (biji berkulit). Diagram alir proses pendahuluan sampai dengan pemerahan minyak jarak menggunakan metode ekstraksi hidrolik dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1 Diagram alir proses minyak biji jarak pagar dengan mechanical extraction.
Sumber: Prakoso, 2005
Gambar 2 Alat ekstraksi minyak biji jarak tipe hidrolik. Sumber : Pusat Penelitian dan Pengembangan Perkebunan, 2007
Biji dikeringkan Buah Jatropha Curcas L
Pemanasan biji dengan uap kering 100 oc
Pemisahan kulit biji dengan daging biji
Penghancuran daging biji untuk hemat waktu ketika di kempa
Pengempaan daging biji jarak pagar
Jatropha oil atau minyak jarak pagar
11 Teknik ekstraksi minyak biji jarak pagar dengan menggunakan alat ekstraksi berulir (screw) merupakan teknologi yang lebih maju dan banyak digunakan di industri pengolahan minyak jarak pagar saat ini. Dengan cara ini biji jarak diekstrak menggunakan alat ekstraksi berulir (screw) yang berjalan secara kontinyu. Teknik ekstraksi tidak memerlukan perlakuan pendahuluan bagi biji jarak yang akan di ekstraksi. Biji jarak kering yang akan diekstrak dapat langsung dimasukkan ke dalam screw press. Tipe alat ekstraksi berulir yang digunakan dapat berupa alat ekstraksi berulir tunggal (singel screw press) atau alat ekstraksi berulir ganda (twin screw press). Rendemen minyak jarak yang dihasilkan dengan teknik alat ekstraksi berulir tunggal dan berulir ganda adalah sama sekitar 30-40 persen. Pada Gambar 3 disajikan diagram alir proses ekstraksi minyak jarak menggunakan metode alat ekstraksi berulir.
Kelebihan dari teknik pengempaan dibandingkan dengan menggunakan alat ekstraksi tipe berulir (screw) adalah :
1. Kapasitas produksi menjadi lebih besar karena proses pemerahan dapat dilakukan secara kontinyu.
2. Menghemat waktu proses produksi karena tidak diperlukan perlakuan pendahuluan, yaitu pengecilan ukuran dan pemasakan
3. Rendemen yang dihasilkan lebih tinggi
Kerugian dari teknik pengempaan dibandingkan dengan menggunakan alat pemerah tipe berulir (screw) adalah :
1. Harga peralatan cukup mahal dan biaya perawatan tinggi 2. Diperlukan lebih banyak energi
3. Minyak masih harus dilakukan penyaringan
12 Gambar 3 Diagarm alir proses ekstraksi minyak biji jarak menggunakan alat
ekstraksi tipe berulir. Sumber: Prakoso, 2005
Gambar 4 Alat ekstraksi minyak biji jarak tipe berulir (screw). Sumber: Goodrum, J.W, Sivakumaran, K, 2007
Berbeda dengan kedua cara ekstraksi di atas, maka sovent extraction merupakan cara ekstraksi menggunakan pelarut minyak atau lemak.
Teknik ekstraksi mekanis juga dapat dikombinasikan dengan teknik ekstraksi dengan pelarut. Walaupun mutu yang dihasilkan cukup bagus terutama jika menggunakan metode ekstraksi dengan pelarut, namun dari segi biaya produksi sangat mahal. Sehingga kombinasi metode ekstraksi dengan metode ekstraksi pelarut tidak sesuai untuk industri kecil menengah. Kombinasi teknik ekstraksi ini lebih sesuai bila diterapkan untuk industri
Biji jarakkering
Ampas atau bungkil Pemerah berulir (sistem
kontinyu)
13 besar. Pada Gambar 5 disajikan diagram alir ekstraksi minyak jarak dengan metode kombinasi.
Gambar 5 Diagram alir ekstraksi minyak biji jarak pagar dengan metode kombinasi.
Sumber: Prakoso, 2005
Ekstraksi minyak jarak biasanya dilakukan dengan hydraulic press pada temperature rendah (cold press), karena minyak yang dihasilkan ditandai sebagai minyak No 1 menurut standar Amerika (Kirk dan Othmer, 1964) di dalam Tim Departemen Teknologi Pertanian USU). Ekstraksi dingin pada umumnya dapat mengeluarkan 25-35 minyak dari dalam biji. Minyak yang dihasilkan kemudian disaring dan akan menghasilkan minyak jarak dengan warna cerah.
Mengingat cara ekstraksi menggunakan mechanical expression terutama ditunjukan untuk ekstraksi minyak yang berasal dari biji-bijian dimana kadar minyak sekitar 30-50 persen. Sebagaimana kita ketahui bersama, minyak jarak terkandung dalam bahan yang berbentuk biji dengan kandungan minyak sekitar 30-40 persen (biji berkulit). Berdasarkan hal
Biji jarak kering
Pemerah berulir (sistem kontinyu)
Ampas atau bungkil
Solvent extraction (pelarut heksana)
Ampas atau bungkil Ampas atau bungkil
(kandungan minyak sekitar 5 %)
Minyak jarak (90-100 %) Evaporasi
14 tersebut maka metode ekstraksi yang dipandang ekonomis untuk biji jarak adalah teknik pemerahan mekanis.
