Potensi Produk Transesterifikasi Minyak Dedak Padi (Rice Bran Oil) sebagai Bahan Baku Pembuatan Base Oil Epoksi Metil Ester
Yuti Mentari, Miftahul Hasanah, Ratri Ariatmi Nugrahani
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Jakarta, Jakarta Jl. Cempaka Putih Tengah 27 Jakarta Pusat 10510
Email : yutimentari1994@gmail.com
Abstrak
Minyak Dedak Padi (Rice Bran Oil) mengandung asam lemak tidak jenuh dan mempunyai potensi sebagai bahan baku untuk mensintesa senyawa kimia melalui modifikasi kimiawi. Salah satu pengunaannya adalah sebagai bahan baku pembuatan epoksida, baik dalam bentuk trigliserida maupun dalam bentuk metil ester. Salah satu penggunaan Epoksi metil ester adalah sebagai base oil atau aditif pelumas. Pembuatan Epoksi metil ester minyak dedak padi bisa melalui 2 jalur, yaitu transesterifikasi diikuti dengan epoksidasi atau epoksidasi diikuti dengan transesterifikasi. Penelitian mengenai pembuatan epoksi metil ester melalui jalur proses epoksidasi diikuti dengan transesterifikasi telah dilakukan dengan hasil menunjukkan nilai oksiran yang tidak mengalami penurunan. Selanjutnya tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik produk proses transesterifikasi minyak dedak padi sebagai bahan baku epoksi metil ester. Reaksi transesterifikasi minyak dedak padi dilakukan dengan menggunakan metanol dan katalis NaOH. Reaksi dijalankan dalam labu leher tiga, dilengkapi dengan pengaduk dan pendingin balik. Pemanasan dilakukan sampai 600 C, selama 2 jam. Hasil analisis bahan baku minyak dedak padi menunjukkan bilangan iod 57.71 gram iod/100 gram dan bilangan asam sebesar 0,22 mg KOH/gram, hasil uji GC (gas chromatography) menunjukkan kandungan asam lemak tidak jenuh terbesar adalah asam oleat (C18:1) yaitu 40,4% (b/b). Hasil identifikasi produk metil ester menggunakan GC-MS (Gas Chromatography-Mass Spectrometry) menunjukkan bilangan iod sebesar 52,55 gram iod/100 gram dan komponen metil ester minyak dedak padi didominasi oleh Metil Oleat ( 9-Octadecanoic) dan metil linoleate ( cis-13-Octadecanoic) yaitu sebesar 70,08%. Hasil transesterifikasi minyak dedak padi menunjukkan bahwa dengan melalui transesterifikasi, bilangan iod minyak dedak padi hanya mengalami penurunan sebesar 8.9% dan berpotensi membentuk epoksi metil ester dengan perkiraan bilangan oksiran teoritis sebesar 3,2%
Kata kunci : bilangan iod, metil ester, minyak dedak padi, transesterifkasi
PENDAHULUAN
Epoksidasi terhadap ikatan rangkap asam lemak tidak jenuh dari beberapa minyak nabati telah dilakukan dan juga telah diterapkan dalam skala industri, seperti poliuretan, pemlastis, stabilizer dan sebagainya. Saat ini epoksidasi minyak yang paling banyak dikembangkan adalah epoksidasi terhadap minyak nabati yang memiliki kandungan asam lemak tidak jenuh tinggi seperti minyak kedelai (Goud,2006).
Epoksi dapat digunakan sebagai base oil atau aditif untuk berbagai penggunaan dan dibuat dalam bentuk Epoksi minyak nabati (Goud, 2006) maupun dalam bentuk Epoksi metil ester (Holser. 2008). Kedua bentuk epoksi ini memiliki biodegradabilitas tinggi, yaitu 70-100% dalam bentuk minyak nabati (Aluyor, 2009) dan di atas 80% dalam bentuk metil ester (Corceuil, et. al., 2011). Oleh karena itu untuk mendapatkan produk epoksi dengan biodegradabilitas yang lebih tinggi yaitu epoksi metil ester, perlu dilakukan penelitian mengenai karakterisasi metil ester sebagai bahan baku epoksi metil ester. Pembuatan senyawa epoksi dipengaruhi oleh adanya ikatan rangkap C atau bilangan iod dalam minyak nabati. Oleh karena itu perlu dilakukan kajian mengenai langkah
pembuatan Epoksi metil ester agar menghasilkan proses yang efektif untuk mendapat nilai oksiran yang terbaik.
Pada pembuatan epoksi metil ester dilakukan melalui proses epoksidasi terlebih dahulu baru dan selanjutnya diikuti transesterifikasi, hasil penelitian menunjukkan nilai oksiran yang didapatkan pada tahapan epoksidasi dan dilanjutkan dengan transesterifikasi tidak mengalami perubahan (Holser, 2008). Sebagai perbandingan, dalam penelitian ini perlu dilakukan kajian terhadap perubahan bilangan iod bahan baku minyak dan produk transesterifikasinya, jika nantinya akan dilakukan proses pembuatan epoksi metil ester melalui jalur Transesterifikasi diikuti dengan epoksidasi. Pembuatan epoksi tergantung pada adanya ikatan rangkap C yang ditunjukkan dari hasil analisis bilangan iod. Selanjutnya bilangan iod akan menunjukkan potensi gugus epoksida yang akan diperoleh. Pada penelitian ini dilakukan kajian mengenai proses transesterifikasi minyak dedak padi dan menganalisis seberapa besar proses ini akan mempengaruhi perubahan bilangan iod minyak. Hasil evaluasi bilangan iod dan karakterisasi produk dapat digunakan untuk mengetahui potensinya sebagai bahan baku pembuatan base oil epoksi metil ester.
METODE PENELITIAN
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Minyak dedak padi (Rice Bran Oil), metanol, NaOH, KI 10%, Alokohol, Aquadest, larutan wijjs, indikator kanji, indikator pp.
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Labu leher tiga, Kondensor, hot plate stirrer, magnetic stirrer, thermometer, corong pisah, erlenmeyer, rotavapor.
Metode Penelitian
Metode penelitian yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Karakterisasi Bahan Baku
Sebelum dilakukan proses transesterifikasi terhadap minyak biji dedak padi sebagai base oil, dilakukan analisis Bilangan asam, bilangan iod, dan Komposisi kimianya menggunakan GC (Gas Chromatography).
2. Proses Transesterifikasi
Selanjutnya minyak dedak padi yang telah diuji GC dan dianalisis bilangan asamnya untuk memastikan tidak akan ada sabun terbentuk, dan dilanjutkan dengan reaksi transesterifikasi menggunakan metanol dan katalis basa, untuk membentuk epoksi metil ester. Reaksi dijalankan dalam labu leher tiga 500 ml, dilengkapi dengan magnetic stirrer,kondensor dan thermometer. 2 gr NaOH dilarutkan dalam 9 mol metanol ditambahkan pada 200 gr minyak dedak padi, dipanaskan sampai 600 C, selama 2 jam.
3. Analisa Bilangan Iod dan Bilangan Asam Metil ester Uji Bilangan Iod
Bilangan iod merupakan parameter suatu minyak atau lemak yang dinyatakan dalam perbandingan besarnya iod yang diserap per 100 gr sampel. Uji bilangan iod dapat diaplikasikan pada trigliserida dan asam bebas lemak jenuh yang terhidrogenasi
Uji bilangan Asam
Banyaknya asam lemak bebas yang terdapat dalam suatu lemak atauminyak dinyatakan dengan bilangan asam. Bilangan asam merupakan jumlahmiligram KOH yang diperlukan untuk menetralkan asam lemak bebas yangterdapat dalam satu gram lemak atau minyak. Ditimbang 5 gram
sampel minyak goreng ke dalam Erlenmeyer 300ml, ditambahkan 25ml Alkohol, Dititar dengan KOH.
4. Identifikasi Senyawa
GC-MS merupakan metode pemisahan senyawa organik yang menggunakan dua metode analisis senyawa yaitu kromatografi gas (GC) untuk menganalisis jumlah senyawa secara kuantitatif dan spektrometri massa (MS) untuk menganalisis struktur molekul senyawa analit
Adapun diagram alir penelitian dapat dilihat pada Gambar 1
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Pengujian sifat fisik kimia minyak biji dedak padi
Sebelum dilakukan proses modifikasi kimiawi terhadap minyak biji dedak padi menjadi epoksi metil ester sebagai base oil atau aditif, dilakukan analisis bilangan asam, bilangan iod, dan komposisi kimianya menggunakan GC. Tujuannya adalah untuk mengetahui apakah minyak dedak padi dapat digunakan sebagai bahan baku epoksi minyak, hal ini dapat diketahui dari nilai bilangan iod dan komposisi asam lemak di dalam minyak dedak padi. Selanjutnya untuk mendapatkan epoksi dalam bentuk ester , maka perlu diketahui data sifat kimianya yaitu bilangan asam, untuk mengetahui proses yang digunakan untuk membentuk metil ester adalah esterifikasi – tranesterifikasi atau transesterifikasi saja. Hasil pengujian sifat kimia yang dilakukan terhadap minyak dedak padi adalah seperti pada Tabel 1.
Minyak dedak padi
Transesterifikasi, Pemanasan Minyak dedak padi dan Metanol (rasio 1: 6 (mol)) , katalis NaOH 1.75% (w/w) pada suhu 60⁰C dengan pengadukan menggunakan stirrer 2 jam.
Pemisahan larutan menggunakan corong pisah.
Metil Ester Gliserol
Netralisasi sampai dengan pH7
Aquadest
Metil ester
Rotavapor suhu 60⁰C 1.Uji Bilangan Iod, Bilangan asam, GC-MS 2.Perhitungan perubahan bilangan Iod dari bahan baku minyak dan produk metil ester dan perkiraan Bilangan Oksiran teoritis
Metanol
Uji Bilangan Iod, Bilangan Asam. Pengujian Komposisi Asam Lemak menggunakan GC
Tabel 1. Hasil uji bilangan iod dan bilangan asam
Parameter (satuan)
Nilai b
Bilangan Iod (gram iod/100 gram)
57.71
Bilangan Asam (mgram KOH/gram)
0,22
Sebelum dilakukan penelitian bahan baku minyak dedak padi dianalisa untuk mengetahui sifat kimia dan komposisinya. Bilangan asam merupakan jumlah mg KOH yang diperlukan untuk menetralkan asam lemak bebas yang terdapat dalam satu gram minyak atau lemak. Semakin banyak KOH yang digunakan untuk menetralkan asam lemak bebas dalam minyak menunjukkan bahwa semakin besar bilangan asam sehingga di atas 1 maka dilakukan reaksi esterifikasi menggunakan katalis asam sulfat untuk menurunkan bilangan asamnya dan membentuk ester, selanjutnya diikuti dengan transesterifikasi. Jika bilangan asam di bawah 1 maka dilakukan adalah reaksi transesterifikasi menggunakan katalis basa NaOH dan Metanol sehingga membentuk metil ester (Hikmah, N., 2010). Berikut reaksi yang terjadi jika melalui tahap esterifikasi terlebih dahulu, yaitu proses untuk mengkonversi asam lemak bebas menjadi metil ester menggunakan katalis H2SO4
Reaksi : RCOOH + CH3OH RCOOH3 + H2O………1) Asam Lemak Metanol Metil Ester Air
Selanjutnya jika Proses esterifikasi pada persamaan 1) dikuti dengan proses Transesterifikasi atau hanya proses transesterifikasi saja, maka reaksi yang terjadi adalah
Trigliserida + Metanol Metil Ester Asam Lemak + Gliserol……….2) Hasil analisa bilangan asam minyak dedak padi adalah sebesar 0.22 mgram KOH/ gram, di bawah 1 mgram KOH/gram, oleh karena itu untuk membentuk metil ester hanya dilakukan transesterifikasi saja. Gambar 2 merupakan minyak dedak padi
Gambar 2. Minyak dedak padi
Pengujian karakteristik minyak dedak padi yang lain adalah menentukan komposisi kimianya dengan menggunakan Gas Chromatography (GC). Berikut ini hasil uji GC minyak dedak padi dan komposisi asam lemak yang terkandung disajikan pada Tabel 2:
Tabel 2 Komposisi Minyak Dedak Padi berdasarkan analisa GC
Jenis Asam Lemak Konsentrasi (% b)
Asam Miristat (C14:0) 0,45 Asam Palmitat (C16:0) 20,02 Asam Stearat (C18:0) 2,18 Asam Oleat (C18:1) 40,4 Asam Linoleat (C18:2) 35,8 Asam Linolenat (C18:3) 1 Asam Lurat (C12:0) 0,02
Dari hasil uji GC yang dilakukan terhadap minyak dedak padi, seperti yang terdapat pada Tabel 2, menunjukkan adanya asam lemak tidak jenuh yaitu asam oleat (C18:1), asam linoleat (C18:2) dan asam linolenat (C18: 3), sehingga minyak ini bisa di proses untuk membentuk gugus epoksi.
2. Produk Proses Transesterifikasi
2.1. Hasil Uji Bilangan Iod, bilangan asam dan Prediksi Bilangan Oksiran
Selanjutnya minyak dedak padi yang telah diuji GC, bilangan iod dan bilangan asamnya dilanjutkan dengan reaksi transesterifikasi menggunakan metanol dan katalis basa, untuk membentuk epoksi metil ester. Reaksi dijalankan dalam labu leher tiga 500 ml, dilengkapi dengan magnetic stirrer,kondensor dan termometer. 2 gr NaOH dilarutkan dalam 9 mol metanol ditambahkan pada 200 gram minyak dedak padi, dipanaskan sampai 600 C, selama 2 jam, seperti terdapat pada Gambar 2.
Gambar 2. Proses Transesterifikasi Minyak dedak padi
. Hasil Analisis Bilangan Iod produk transesterifikasi adalah sebesar 52.55 gram I2/100 gram minyak, nilai ini menunjukkan penurunan bilangan iod sebesar 8,9% dari yang semula sebesar 57.71 gram I2/100 gram, sehingga potensi Bilangan oksiran teoritis dari epoksida yang nantinya terbentuk pada proses epoksidasi terhadap minyak dedak padi akan turun dari 3,5% menjadi 3,2% pada epoksi metil ester, jika perhitungan oksigen oksiran teoritis mengikuti persamaan 3 (Goud et al., 2006)
(OOth) = [(IV0/(2 A1)/[100+[IV0/(2 A1)]A0] x A0 x 100 …….. (3)
Dimana A1 (126.9) adalah berat atom iodine, A0 (16.0) berat atom oksigen, dan IV0 adalah bilangan iod mula-mula baik dari minyak dedak padi maupun metil ester minyak dedak padi.
Analisa bilangan asam terhadap metil ester minyak dedak padi adalah 0 mg KOH/gram yang berarti bahwa tidak adanya asam lemak bebas yang masih terkandung dalam metil ester.
2.2. Hasil analisis GC-MS
Dari hasil analisa Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) yang dilakukan, proses transesterifikasi sebagai upaya untuk memanfaatkan minyak dedak padi sebagai bahan baku pembuatan metil ester dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3 Komponen metil ester berdasarkan analisa GC-MS.
Pada Gambar 3 menunjukkan Komponen terbesar metil ester yang dihasilkan dari proses transesterifikasi didominasi oleh Metil Oleat ( 9-Octadecanoic) dan metil linoleate ( cis-13-Octadecanoic) yaitu sebesar 70,08% pada waktu 13.619. Gambar 4 menunjukkan produk proses transesterifikasi
Gambar 4. Produk proses transesterifikasi (metil ester) minyak dedak padi
Hasil – hasil analisa terhadap produk transesterifikasi, maka metil ester inyak dedak padi memiliki potensi untuk diepoksidasi karena memiliki bilangan iod atau ikatan rangkap C yang cenderung konstan untuk membentuk base oil epoksi metil ester minyak dedak padi.
SIMPULAN
1. Minyak dedak padi (rice bran oil) mengandung asam lemak tidak jenuh
2. Bilangan asam minyak dedak padi di bawah 1, sehingga untuk dapat dikonversi menjadi epoksi metil ester langsung dengan proses transesterifikasi tanpa melalui esterifikasi. 3. Minyak dedak padi mengalami proses transesterifikasi mengalami perubahan bilangan
iod sebesar 8,9%.
4. Prediksi Oksiran yang dihasilkan 3,2%.
5. Hasil uji GC-MS (Gas chromatography–mass spectrometry), menunjukkan kandungan metil ester terbesar yaitu metil oleat.
6. Metil ester minyak dedak padi berpotensi digunakan sebagai bahan baku pembuatan epoksi metil oleat
DAFTAR PUSTAKA
Aluyor, E.O., Obahlabon, K.O., Ori-jesu, M., 2009. Biodegradation of vegetable oils: A review. Scientific Research and Essay Vol.4 (6), pp. 543-548.
Corseuil,H.X., Monier, A.L., Gomes, A.P.N., Chiaranda, H.S., Rosario, M., Alvarez. P.J.J. 2011. Biodegradation of Soybean and Castor Oil Biodiesel: Implications on the Natural Attenuation of Monoaromatic Hydrocarbons in Groundwater. Ground Water Monitoring & Remediation 31, no. 3. 111–118.
Hikmah, M.N., 2010. PEMBUATAN METIL ESTER (BIODIESEL) DARI MINYAK
DEDAK DAN METANOL DENGAN PROSES ESTERIFIKASI DAN
TRANSESTERIFIKASI. Skripsi UNDIP.
Holser., R.A., 2008, Transesterification of epoxidized soybean oil to prepare epoxy methyl esters, Industrial Crops and Products Volume 27, Issue 1, January 2008, Pages 130– 132.
Goud V.V., A.V. Patwardhan, dan N.C. Pradhan. 2006. Studies on the epoxidation of mahua oil (Madhumica indica) by hydrogen peroxide. Bioresource Technology 97: 1365– 1371.
Goud, V.V., Pradhan, N.C and Patwardhan, A.V. 2006. Epoxidation of Karanja Oil by H2O2. USA : J.Am.Oil.Chem.Soc. Vol 83635.
