I PENDAHULUAN A Latar Belakang
Ekstrak vanili secara luas digunakan sebagai bahan perisa ( flavoring ingredient) di dalam makanan dan minuman. Ekstrak vanili mengandung sekitar 200 bahan-bahan penyusun. Komponen utamanya adalah, vanillin, 4-hydroxybenzal-dehyde, vanillic acid and 4-hydroxybenzoic acid (Rao dan ravishankar, 2000). yang mendukung terbentuknya flavor alami lembut dan tidak dimiliki vanilin sintetik. Vanilin yang terbentuk di alam sebagai glukosida yang dihidrolisis menjadi vanilin dan gula. Vanilin adalah suatu senyawa organik dengan rumus molekul C8H8O3 dengan gugus fungsional aldehid, eter dan fenol.
Permintaan yang tinggi akan ekstrak vanili, sedangkan jumlah produknya terbatas dan harga tinggi menyebabkan diproduksinya vanilin sintetik yang berasal dari eugenol (minyak cengkeh), lignin (limbah bubur kertas) dan guaiakol (petrokimia). Untuk waktu yang lama sumber yang paling utama vanilin adalah eugenol yang merupakan komponen utama minyak cengkeh. Anon. (2010) menyebut vanilin sintetis yang bersumber dari tumbuhan sebagai natural vanillin seperti natural vanillin ex clove, natural vanillin ex tumeric demikian juga halnya natural vanillin ex vanilla bean. Vanilin natural yang berasal dari cengkeh (natural vanillin ex clove) dijual dengan harga $ 23,59 per pound. Sedangkan vanilin natural yang berasal dari polong vanili (natural vanillin ex vanilla bean) dijual pada harga $1587,00 per pound. Sintesis vanilin selain dilakukan dengan cara kimia dari bahan yang bersumber langsung dari tumbuhan, sintesis vanilin dilakukan melalui proses biologis menggunakan beberapa jenis bakteri seperti Bacillus sp. dan Pseudomonas sp. (Furukawa et al. 2003). Sedangkan dari eugenol biotransformasi menjadi vanilin dapat terjadi dengan bantuan Escherichia coli (Overhage et al. 2003).
Selama ini Indonesia dikenal sebagai penghasil minyak cengkeh terbesar di dunia yang menguasai 63% pasar dunia (Rizal dan Djazuli, 2006) dengan tingkat produksi rata-rata 1500 ton/tahun. Pada tahun 2005 luas total
perkebunan cengkeh di Indonesia mencapai 329.624 ha dan terus meningkat sampai mencapai 467.400 ha pada tahun 2009 (Litbang Deptan, 2005; Direktorat Jenderal Perkebunan, 2009). Hal ini menunjukkan bahwa potensi produksi minyak cengkeh sebagai bahan baku pembuatan vanilin natural sangat besar. Selama ini proses produksi minyak daun cengkeh menggunakan bahan baku yang bersumber dari limbah tanaman cengkeh, yakni tangkai dan daun yang telah gugur sehingga hal ini diharapkan memperluas wawasan petani dalam mengoptimalkan pengolahan tanaman cengkeh yang berbasis selain bunga sebagai hasil utamanya.
Peluang usaha pengolahan minyak daun cengkeh dan produk turunan di Indonesia cukup besar, karena selain bahan baku yang tersedia cukup melimpah (potensi minyak daun cengkeh di Pulau Jawa 11,47 ton per hari yang setara luas areal ± 130.354 ha), juga kebutuhannya cukup banyak. Perhitungan ini didasarkan pada berat daun jatuh setiap pohon 0,5 kg per minggu, umur tanaman lebih dari 10 tahun (Rusli dan Wirawan, 1984), rendemen minyak daun cengkeh 2 % (Anon., 1992), populasi tanaman 100 pohon per hektar (polikultur) dan rata-rata penutupan kanopi 60% (Balittro, 2005). Saat ini harga minyak daun cengkeh di pasar internasional adalah USD8,25 per kilo, eugenol USD 9,70 dan isoeugenol USD 11,30 (Uhe, 2009), sedangkan harga vanillin sintetik ± USD 10 (Market report, 2008). European Flavour and Fragrance Association (2005) mencatat sekitar 25.600 kg isoeugenol digunakan di Eropa setiap tahunnya, sedangkan kebutuhan vanilin sintetik di dunia mencapai 10.500 ton tiap tahun (Fridge, 2004). Menurut Hansen, et. al., (2009), hanya sekitar 0,25% (40 ton dari 16000 ton) produk vanilin yang di jual yang berasal dari polong vanili (vanilla pod) selebihnya berasal dari lignin, terutama dari guaiacol.
Minyak daun cengkeh mengandung dua kelompok komponen penyusun. Kelompok pertama adalah senyawa fenolat dengan eugenol (80-85%) sebagai komponen terbesar. Kelompok kedua adalah senyawa non fenolat, meliputi β-karyofilen, α-kubeben, α-kopaen, humulen, δ- kadinen, dan kadina 1,3,5 trien dengan beta karyofilen sebagai komponen terbesar (Sastrohamidjojo, 2002).
Salah satu cara untuk meningkatkan nilai tambah minyak daun cengkeh yaitu dengan memproduksi senyawa isolat dari minyak daun cengkeh (eugenol) atau senyawa turunannya antara lain isoeugenol dan vanilin. Konversi minyak
cengkeh menjadi vanilin dapat dilakukan dengan berbagai metode. Sebagian besar literatur menyebutkan bahwa proses diawali dengan isomerisasi eugenol dalam minyak cengkeh menjadi isoeugenol dengan katalis basa alkali baik tanpa pelarut (US3544621; GB271818; US1643805; GB1186953,) atau dengan pelarut seperti anilin (GB271819;US1643804), amil alkohol (GB417072). Proses isomerisasi ini juga dapat menggunakan katalis logam seperti ruthenium, osmium (US4138411, Sharma, et.al., 2005), rhodium (GB1489451), hidrotalsit (Kishore dan Kannan, 2004). Selanjutnya isoeugenol dioksidasi menjadi vanilin dengan penambahan oksidator cair seperti nitrobenzen (GB417072; GB442061; US1643805; GB271818; GB1186953; Sastrohamidjojo, 2002), larutan dikromat, permanganat, hidrogen peroksida (Thorpe, 1954).
Prinsip pembuatan isoeugenol adalah reaksi isomerisasi eugenol dimana ikatan rangkap pada grup alkenil pindah ke posisi konjugasi pada cincin benzena. Reaksi isomerisasi eugenol pada tingkat komersial umumnya dilakukan dengan cara mereaksikan eugenol dengan larutan basa berlebih pada suhu tinggi (Sharma et al., 2006). Lamanya waktu pemanasan pada reaksi isomerisasi eugenol (5 – 7 jam) serta suhu yang tinggi (Cerveny et al., 1987) dapat mengakibatkan terjadinya overheating serta dekomposisi produk yang dihasilkan. Kelemahan lain yaitu pelarut yang diperlukan cukup tinggi dan hasil isomerisasinya sangat kental yang akan memadat dalam keadaan dingin (Anon., 1987). Untuk mengatasi hal tersebut, teknologi gelombang mikro diduga dapat diaplikasikan untuk menghasilkan produk isoeugenol dengan kemurnian yang tinggi dalam waktu yang singkat.
Penggunaan basa kuat sebagai katalis isomerisasi eugenol dapat digantikan oleh katalis dari golongan logam transisi. Beberapa jenis katalis logam transisi yang telah digunakan dalam isomerisasi eugenol, yaitu rhutenium (Gandilhon, 1979; Sharma, et al., 2006), serta rhodium (Givaudan, 1977; Cerveny et al., 1987). Katalis logam transisi yang banyak digunakan yaitu ruthenium, namun penggunaan katalis ini masih memerlukan konsentrasi katalis cukup tinggi sehingga kurang efisien (Chalk., 1975). Katalis rhodium merupakan alternatif untuk proses isomerisasi eugenol menjadi isoeugenol karena penggunaannya lebih efisien (Chalk, 1975; Cerveny et al., 1987) sehingga dapat mengurangi pemakaian
bahan kimia. Selain dari pada itu, katalis rhodium dapat mengurangi beberapa kelemahan penggunaan katalis basa kuat karena jumlah katalis dan pelarut yang digunakan sangat rendah serta campuran reaktan tidak mengalami pengentalan sehingga prosesnya lebih mudah. Katalis rhodium memiliki keunggulan dibandingkan katalis logam transisi lainnya dimana untuk mendapatkan tingkat konversi eugenol yang setara jumlah katalis yang digunakan lebih rendah (Givaudan 1977).
Sintesis vanilin dari eugenol meliputi dua tahapan proses yaitu isomerisasi eugenol menjadi isoeugenol, yang dilanjutkan dengan oksidasi isoeugenol menjadi vanilin (Sastrohamidjojo, 2002). Prosedur standar yang biasa digunakan dalam sintesis vanilin adalah jalur oksidasi dengan nitrobensen (Anon., 1997). Keunggulan metode ini yaitu relatif mudah dilaksanakan (suhu reaksi 130oC, waktu 3 jam) dengan tingkat efisiensi cukup tinggi (Sastrohamidjojo, 2002). Sintesis vanilin juga dapat dilakukan dengan oksidasi menggunakan H2O2 dan katalis methyltrioxorhenium (MTO) (Herrmann, et al., 2000). Metode ini menggunakan suhu reaksi yang lebih rendah dan waktu reaksi lebih singkat, namun harga MTO sangat mahal.
Beberapa cara sintesis vanilin yang telah diketahui antara lain, sintesis vanilin dari coniferin, guaiakol, lignin, eugenol, ekstrak vanilin dari polong vanili dan ekstrak vanilin dari proses biotransformasi menggunakan mikroorganisme. Berdasarkan informasi diatas, dilakukan perancangan proses produksi vanilin dari beberapa jalur proses yang paling menguntungkan baik dari aspek teknis maupun finansial. Oleh karena itu dalam pemilihan proses optimum produksi vanilin didasarkan atas pertimbangan aspek efektivitas (pencapaian waktu operasi yang singkat, kondisi proses yang relatif aman, dan mudah pengendaliannya) dan efesiensi proses, maka dilakukan penelitian untuk memilih proses yang relatif murah, singkat serta dengan ketersediaan bahan baku yang potensial di Indonesia. Perancangan proses dengan kondisi operasi dengan menggunakan energi yang efisien pada umumnya berkorelasi positif dengan penurunan biaya investasi dan biaya produksi (Davis et al. 2001).
B Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan mendapatkan rancangan proses produksi isoeugenol dan vanilin melalui reaksi isomerisasi dan oksidasi sehingga dapat menghasilkan produk yang mempunyai kalayakan teknis maupun finansial. C Manfaat Penelitian
Hasi penelitian ini diharapkan dapat digunakan dalam pengembangan proses produksi vanilin khususnya dari bahan dasar eugenol minyak daun cengkeh secara efisien sehingga mampu meningkatkan nilai tambah.
D Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian adalah sebagai berikut : 1. Analisis peluang dan masalah produksi vanilin.
2. Identifikasi isoeugenol dan vanillin dengan menggunakan, FTIR dan HNMR.
3. Pemilihan proses meliputi: isomerisasi eugenol dan oksidasi isoeugenol (produksi vanilin).
4. Pengembangan proses meliputi integrasi proses, simulasi model perancangan proses sintesis senyawa isoeugenol dan vanilin dan melakukan analisis finansial produksi isoeugenol dan vanilin yang dihasilkan pada skala ekonomis dan analisis nilai tambah
