58
SINTESIS ESTER GALAKTOSA ASAM LEMAK DARI METIL ESTER MINYAK BIJI
KOPI ARABIKA (
Coffea arabica
) DAN GALAKTOSA ASETAT
Josua K. Panannangan*, Daniel dan Chairul Saleh
Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Mulawaran Jl. Barong Tongkok no. 1, Gunung Kelua, Samarinda.
*E-mail : joepanannangan@gmail.com
ABSTRACT
The synthesis of ester galactose fatty acid from methyl ester of arabica coffee seed oil (Coffea arabica) and galactose acetate with a toxic solvent-free synthesis process has been performed. Methyl ester oil of coffee beans is synthesized from coffee seed oil that has been macerated for 3 days with oil content of 17% and the result of methyl ester synthesis of coffee seed oil has a yield percentage of 87.93% with methanol reaction medium with 1% H2SO4 catalyst. Galactose acetate was synthesized from galactose and anhydrous acetic acid on a 1: 1 ratio resulting in galactose acetate with a yield percentage of 91.29%. The synthesis of fatty acid galactose ester from methyl ester coffee seed oil and galactose acetate was synthesized with a 1: 1 mole ratio using a 1 M M NaHCO3 catalyst with a temperature of 80-100 ºC for 6 hours yielding galactosil ester of fatty acid coffee seed oil. FTIR analysis showed that ester group formed from coffee seed oil methyl ester at wave number 1745,58 cm-1. FTIR analysis of galactosil acetate showed the presence of ester group formed from galactose at wave number 1728,22 cm-1. FTIR analysis of galactose oil seed oil ester showed the presence of ester group at wave number 1743,65 cm-1 and group (CH2)n at wave number 721,38 cm-1 with value of HLB obtained 3,494.
Keywords:Coffee bean oil, galactose acetate, interesterification, fatty acid ester galactose
PENDAHULUAN
Kopi adalah salah satu komoditi pangan yang sangat disukai di seluruh dunia. Berbagai jenis kopi yang terdapat di dunia seperti jenis kopi luwak, kopi arabika dan kopi robusta memiliki ciri khas masing-masing dan rasa yang berbeda. Menurut International Coffee Organization (2012) [1], Posisi Indonesia dinilai cukup strategis di dunia perkopian internasional, karena Indonesia merupakan negara pengekspor kopi terbesar ketiga setelah Brazil dan Vietnam. Produktilvitas kopi Indonesia sebesar 11.250 ton pertahun cukup rendah bila dibandingkan dengan Brazil (50.826 ton pertahun) dan Vietnam (22.000 ton pertahun).
Minyak biji kopi jenis arabika yang menjadi limbah cukup potensial untuk dijadikan bahan baku. Dalam biji kopi mengandung 15-17 gr minyak dari 100 gr biji kopi [2]. Minyak biji kopi berwarna kuning pucat, berbau khas, dan sedikit encer.
Ester karbohidrat asam lemak merupakan senyawa yang memiliki sifat tidak menimbulkan iritasi, serta memiliki sifat antimikroba dan anti serangga. Senyawa tersebut digunakan sebagai bahan tambahan dalam kosmetik, farmasi, bahan makanan, bahan makanan hewan, dan agrokimia.
Salah satu contohnya adalah sebagai surfaktan [3].
Surfaktan merupakan senyawa aktif penurun tegangan permukaan (surface active agent) yang dapat diproduksi serta sintesis kimiawi atau biokimiawi. Kemampuan menurunkan tegangan permukaan tersebut disebabkan adanya gugus hidrofilik dan hidrofobik pada molekul surfaktan. Surfaktan sangat dekat dalam kehidupan kita dan memegang peranan dalam berbagai bidang dan produk seperti detergen, tekstil, emulsi, cat [4].
Penelitian ini bertujuan untuk membuat ester galaktosa asam lemak dari metil ester minyak biji kopi dan galaktosa asetat dengan proses sintesis bebas pelarut toksik. Hasil penelitian diharapkan mampu membuat ester galaktosa asam lemak untuk digunakan sebagai bahan baku pembuatan surfaktan.
METODOLOGI PENELITIAN Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini yaitu botol reagen besar, labu alas bulat leher satu, seperangkat alat evaporator, statif, klem, labu alas bulat leher tiga, termometer, heat mantle, Kondensor bola, pipa CaCl2, sumbat kaca, wadah gelas, magnetic stirer, neraca
59 analitik, corong pisah, pipet ukur, pipet volume,
beaker glass, erlenmeyer, buret, corong kaca, pH meter.
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu minya biji kopi (Coffea arabica), galaktosa, n-heksana, metanol, H2SO4(p), asetat anhidrat, Na2SO4 anhidrat, indikator pp, aquades, H2C2O4 0,1 N, KOH 0,1 N.
Prosedur Penelitian
Esktraksi Minyak Biji Kopi Arabika (Coffea arabica)
Biji kopi arabika (Coffea arabica) disangrai dengan api sedang hingga kering dan warna kecokelatan dan didinginkan. Kemudian biji dihaluskan dhingga diperoleh biji kopi yang halus dan dimasukkan kedalam wadah botol besar dan ditambahkan pelarut n-heksana sampai merendam habis seluruh sampel didalam wadah botol besar. Kemudian didiamkan selama 3 hari dengan beberapa kali digoyangkan. Didapatkan campuran n-heksana dengan minyak biji kopi kemudian dipekatkan dengan menggunkan alat
rotary evaporator dan setelah itu ditimbang untuk mengetahui rendemen minyak yang terdapat pada biji kopi.
Pengujian Minyak Biji Kopi Arabika (Coffea arabica)
Uji Bilangan Asam
Ditimbang 10 gr minyak biji kopi dan dimasukkan kedalam erlenmeyer 250 mL. Kemudian dilarutkan dengan 30 mL pelarut etanol 95%. Kemudian dihomogenkan dan dipanaskan. Setelah itu ditambahkan 3 tetes indikator pp kemudian sambil diaduk dititrasi dengan larutan standar KOH hingga terjadi perubahan warna menjadi merah lembayung. Dicatat volume larotan KOH yang digunakan dan dihitung bilangan asam dan ALBnya melalui perhitungan.
Esterifikasi Minyak Biji Kopi Arabika (Coffea arabica)
Ke dalam labu leher tiga yang telah dilengkapi dengan pendingin bola dan tabung CaCl2 serta pengaduk mekanik, dimasukkan 20 gram sampel minyak biji kopi, 5,7 mL methanol sambil diaduk dan didinginkan kemudian
diteteskan H2SO4 0,2 mL secara perlahan. Kemudian direfluks selama 2 jam. Kelebihan metanol dan diuapkan dengan alat rotary evaporator. Residu yang diperoleh diekstraksi degan 100 mL n-heksana dan dicuci dengan aquades dalam corong pisah. Lapisan atas kemudian diambil lalu ditambahkan Na2SO4 anhidrus dan disaring. Kemudian filtrat dirotari evaporatsi untuk menguapkan n-heksana sehingga diperoleh metil ester minyak biji kopi campuran. Hasil reaksi uji bilangan asam dan uji bilangan penyabunan diidentifikasi dengan spektroskopi Gas Chromathography Mass Spectra (GC-MS) untuk menentukan komposisi asam lemaknya..
Pemurnian Metil Ester
Metil ester yang diperoleh dilarutkan dengan n-heksana dan didiamkan. Setelah itu larutan ditambahkan Na2SO4 anhidrat dan didiamkan semalam kemudian disaring. Filtrat kemudian dievaporasi menggunakan rotary evaporator. Kemudian produk dikarakterisasi menggunakan spektroskopi FT-IR dan GC-MS. Sintesis Galaktosa asetat
Ke dalam labu leher tiga dimasukkan 18 gr (0,1 mol) galaktosa, kemudian labu dihubungkan dengan pendingin bola yang ujungnya pada bagian atas dihubungkan dengan pipa CaCl2. Selanjutnya dilakukan pemanasan pada suhu 90-100 oC selama 1 jam sehingga galaktosa melebur. Ditambahkan asetat anhidrid 9,43 mL (0,1 mol) tetes demi tetes. Selanjutnya direfluks dengan suhu 90-100 oC selama 5 jam. Setelah reaksi sempurna, campuran reaksi didinginkan pada suhu kamar kemudian dipisahkan hasil samping dari reaksi tersebut menggunakan rotary evaporator. Selanjutnya residu diidentifikasi strukturnya dengan FT-IR serta pengujian titik leleh residu.
Pengujian Galaktosa Asetat Uji Bilangan Penyabunan Pembuatan Blanko
Diisi labu penyabunan dengan 25 mL KOH alkoholis 0,5 N, direfluks dengan hati-hati diatas air mendidih selama 1 jam. Sesudah itu, didiamkan larutan hingga menjadi dingin. Lepaskan kondensor refluks, ditambahkan 1 mL indikator pp, kemudian dititrasi dengan HCl 0,5 N sampai diperoleh perubahan warna.
Pengujian Sampel
Ditimbang 2 gram sampel dimasukkan kedalam labu, dididihkan dengan hati-hati,
60
ditambahkan 25 mL KOH alkoholis 0,5 N. Direfluks dengan hati-hati diatas penangas air mendidih selama 1 jam, lalu dibiarkan larutan hingga dingin. Lepaskan kondensor refluks, ditambah 1 mL indikator pp dengan HCl 0,5 N sampel diperoleh perubahan warna.
Keterangan:
56,11 = berat molekul KOH Uji Bilangan Asam
Ditimbang 10gr minyak biji kopi dan dimasukkan kedalam erlenmeyer 250 mL. Kemudian dilarutkan dengan 30 mL pelarut etanol 95%. Kemudian dihomogenkan dan dipanaskan. Setelah itu ditambahkan 3 tetes indikator pp kemudian sambil diaduk dititrasi dengan larutan standar KOH hingga terjadi perubahan warna menjadi merah lembayung. Dicatat volume larotan KOH yang digunakan. Penentuan Harga HLB
Dari nilai bilangan asam dan bilangan penyabunan dapat ditentukan harga HLB dengan rumus sebagai berikut
( )
Keterangan: P= bilangan penyabunan A = bilangan asam Sintesis Ester Galaktosa
Sebanyak 7,9916 gram galaktosa asetat dimasukkan ke dalam labu bulat yang dilengkapi pengaduk magnetik kemudian dilarutkan dengan benzena. Kemudian ditambahkan NaHCO3 1 M. Kemudian dimasukkan 10,3182 gr metil ester. Labu disambungkan dengan kondensor dan dipanaskan menggunakan penangas air pada suhu 80–100 oC dan diaduk selama 6 jam. kemudian disaring vakum dalam keadaan panas. Diperoleh filtrat dan endapan.
Pengujian Ester Galaktosa Asam Lemak. Uji Bilangan Penyabunan
Pembuatan Blanko
Diisi labu penyabunan dengan 25 mL KOH alkoholis 0,5 N, direfluks dengan hati-hati diatas air mendidih selama 1 jam. Sesudah itu, didiamkan larutan hingga menjadi dingin. Lepaskan kondensor refluks, ditambahkan 1 mL indikator pp, kemudian dititrasi dengan HCl 0,5 N sampai diperoleh perubahan warna.
Pengujian Sampel
Ditimbang 2 gram sampel dimasukkan kedalam labu, dididihkan dengan hati-hati, ditambahkan 25 mL KOH alkoholis 0,5 N. Direfluks dengan hati-hati diatas penangas air mendidih selama 1 jam, lalu dibiarkan larutan hingga dingin. Lepaskan kondensor refluks, ditambah 1 mL indikator pp dengan HCl 0,5 N sampel diperoleh perubahan warna.
Keterangan:
56,11 = berat molekul KOH Uji Bilangan Asam
Ditimbang 10gr minyak biji kopi dan dimasukkan kedalam erlenmeyer 250 mL. Kemudian dilarutkan dengan 30 mL pelarut etanol 95%. Kemudian dihomogenkan dan dipanaskan. Setelah itu ditambahkan 3 tetes indikator pp kemudian sambil diaduk dititrasi dengan larutan standar KOH hingga terjadi perubahan warna menjadi merah lembayung. Dicatat volume larotan KOH yang digunakan. Penentuan Harga HLB
Dari nilai bilangan asam dan bilangan penyabunan dapat ditentukan harga HLB dengan rumus sebagai berikut
( )
Keterangan: P = bilangan penyabunan A = bilangan asam HASIL DAN PEMBAHASAN Maserasi Minyak Biji Kopi
Minyak biji kopi diperoleh dengan menggunakan metode maserasi dari daging biji kopi dimana 1 kg biji kopi diperoleh 17,4% (b/b). Kualitas minyak sendiri sangat ditentukan oleh kualitas bahan bakunya. Jika kualitas bahan baku kurang baik maka dikhawatirkan rendemen yang diperoleh tidak maksimal. Didapati minyak biji kopi yang didapat berwarna cokelat pekat dengan aroma kopi yang cukup pekat.
Penentuan Bilangan Asam dan ALB
Penentuan bilangan asam dari minyak biji kopi ini menggunakan metode titrasi, yaitu titrasi asam-basa. Penentuan uji ini dilakukan sekali dan diperoleh nilai bilangan asam minyak biji kopi adalah sebesar 3,001 mg KOH/gr dan kadar
61 ALBnya sebesar 1,5004%. Hal ini menyebabkan
sampel harus dilakukan proses esterifikasi terlebih dahulu untuk menurunkan kadar ALBnya agar saat proses transesterifikasi dilakukan, produk yang terbentuk adalah metil ester bukan sabun.
Esterifikasi Minyak Biji Kopi
Pada penelitian ini, metil ester disintesis melalui reaksi esterifikasi minyak biji kopi dengan
metanol, menggunakan katalis H2SO4 1% (b/b). Tahap esterifikasi ini perlu dilakukan untuk mengubah asam lemak bebas menjadi metil ester. Hasil dari tahap esterifikasi kemudian dilakukan analisa dengan menggunakan FT-IR untuk mengetahui gugus fungsi yang terdapat dalam produk. Hasil analisa FT-IR untuk senyawa metil ester dapat dilihat pada gambar 1.
Hasil analisa dengan menggunakan spektroskopi FT-IR pada meti ester minyak biji kopi (gambar 4.1) memberikan informasi mengenai gugus-gugus yang terbentuk dalam metil ester hasil esterifikasi. Pada bilangan gelombang 2926,01 cm-1 adalah serapan dari gugus CH dimana data ini didukung oleh serapan gugus –CH alkana metil ester pada bilangan gelombang 1462,04 cm-1 ; C=O ester pada
1745,58 cm-1 yang didukung –COC ester pada 1165,00 cm-1 ; dan rantai alkil terdeteksi pada bilangan gelombang 719,45 cm1. Hal ini menunjukkan bahwa metil ester telah terbentuk.
Sementara itu, setelah dikarakterisasi dengan menggunakan GC-MS, didapati kandungan asam lemak pada metil ester minyak biji kopi adalah sebagai berikut:
Gambar 2. Kromatogram Metil Ester Minyak Biji Kopi
Gambar 1 Spektrum Spektroskopi FT-IR Metil Ester
62
Tabel 1. Komposisi Metil Ester Minyak Biji Kopi
Peak Nama Ester Waktu Retensi % Area
1 Metil palmitat 39,001 11,51
2 Metil linoleat 42,759 17,18
3 Metil oleat 42,985 9,08
4 Metil 1,3- dipalmitin 47,006 6,68
Sintesis Galaktosa Asetat
Pada tahap ini dilakukan dengan menggunakan metode refluks. Galaktosa asetat yang diperoleh kemudian dilakukan uji penentuan bilangan asam dan uji bilangan penyabunan yang kemudian dilakukan perhitungan untuk mengetahui harga HLB dari galaktosa asetat yang
diperoleh. setelah itu galaktosa asetat dikarakterisasi dengan menggunakan spektroskopi FT-IR. Hasil analisa spektroskopi FT-IR untuk senyawa galaktosa asetat dapat dilihat pada gambar 3.
Terbentuknya galaktosa asetat dapat terlihat berdasarkan hasil analisa spektroskopi FT-IR dapat dilihat gugus hidroksil –OH yang terdeteksi pada panjang gelombang 3394,72 cm-1 ; gugus vibrasi streching C-H sp3 terdeteksi pada bilangan gelombang 2931,80 cm-1 ; pada bilangan belombang 1728,22 cm-1 adalah regangan gugus karbonil (C=O) yang didukung dengan puncak vibrasi C-O-C pada bilangan gelombang 1294,87 cm-1. Pada spektrum yang diperoleh dapat dilihat bahwa puncak serapan dari gugus C-O-C bentuk
puncak tumpul tunggal menunjukkan hanya ada satu gugus C-O-C sebagai gugus monoester pada galaktosa asetat.gugus CH3 pada 1373,32.
Penentuan Harga HLB (Hidrophilic-Lipophil Balance) Galaktosa Asetat dengan Metode Titrasi.
Senyawa galaktosa asetat yang diperoleh ditentukan bilangan penyabunan dan bilangan asamnya dengan hasil yang ditunjukkan sebagai berikut:
Tabel 2 Data Penentuan Bilangan Asam Galaktosa Asetat dengan Metode Titrasi Sampel Massa Sampel (gr) Volume Titrasi (mL) Bilangan Asam (mg KOH/gr) M1 M2 V1 V2 Galaktosa asetat 1.0386 1,1247 5,95 6,05 32,1220
Tabel 3 Data Penentuan Bilangan Penyabunan Galaktosa Asetat dengan Metode Titrasi Sampel Massa Sampel (gr) Volume Titran (mL) Bilangan Penyabunan (mg KOH/gr) M1 M2 V1 V2 Blanko - - 20 20 Galaktosa asetat 1,1492 1,0705 19,1 18,1 27,3558
63 Hasil bilangan penyabunan yang diperoleh
sebesar 27,3558 mg KOH/gr sedangkan untuk bilangan asam diperoleh sebesar 32,1220 mg KOH/gr. Sehingga hasil harga HLB yang diperoleh sebesar 2,968.
Sintesis Ester Galaktosa
Pada tahap reaksi interesterifikasi untuk membuat ester galaktosa ini dilakukan dengan menggunakan metode refluks. Ester Galaktosa
yang diperoleh kemudian dilakukan uji penentuan bilangan asam dan uji bilangan penyabunan yang kemudian dilakukan perhitungan untuk mengetahui harga HLB dari ester galaktosa yang diperoleh. Setelah itu galaktosa asetat dikarakterisasi dengan menggunakan spektroskopi FT-IR. Hasil analisa spektroskopi FT-IR untuk senyawa galaktosa asetat dapat dilihat pada gambar 4.
Pada spektrum dapat dilihat gugus hidroksil (–OH) ada pada panjang gelombang 3412,06 cm-1 ; gugus alkana (-CH) terdeteksi pada bilangan gelombang 2924,09 cm-1 yang didukung oleh serapan pada bilangan gelombang 1460,11 cm-1 ; -C=O ester terdeteksi pada bilangan gelombang 1743,65 cm-1 ; dan gugus alkil (CH2)n pada 721,38 cm-1 yang merupakan rantai panjang dari asam lemak minyak biji kopi.
Proses interesterifikasi ini dilakukan dengan mencampur metil ester camppuranb minyak biji kopi dengan galaktosa asetat dengan perbandingan 1 : 1 pada suhu 70oC dalam serangkaian alat refluks. Pada proses interesterifikasi ini ditambahkan pula NaOCH3 1% b/b campuran sampel sebagai katalis dalam pembentukan surfaktan ester galaktosil. Reaksi yang terjadi pada sintesis ester galaktosa adalah sebagai berikut:
Gambar 5. Perkiraan Reaksi Interesterifikasi Ester Galaktosa dari Metil Ester dan Galaktosa.
Penentuan Harga HLB (Hidrophilic-Lipophil Balance) Galaktosa Asetat dengan Metode Titrasi.
Senyawa galaktosa asetat yang diperoleh ditentukan bilangan penyabunan dan bilangan asamnya dengan hasil yang ditunjukkan sebagai berikut:
Tabel 4 Data Penentuan Bilangan Asam Ester Galaktosa dengan Metode Titrasi Sampel Massa Sampel (gr) Volume Titrasi (mL) Bilangan Asam (mg KOH/gr) M1 M2 V1 V2 Ester Galaktosa 1,1235 1,0266 1,4 1,75 8,1943
Gambar 4 Spektrum Spektroskopi FT-IR Ester Galaktosa
64
Tabel 5 Data Penentuan Bilangan Penyabunan Ester Galaktosa dengan Metode Titrasi Sampel Massa Sampel (gr) Volume Titran (mL) Bilangan Penyabunan (mg KOH/gr) M1 M2 V1 V2 Blanko - - 22,1 22,1 Ester Galaktosa 1,1429 1,1368 21,75 21,85 6,7624 Hasil rata-rata bilangan penyabunan yang
diperoleh sebesar 6,7624 mg KOH/gr sedangkan untuk rata-rata bilangan asam diperoleh sebesar 8,1943 mg KOH/gr. Sehingga hasil harga HLB yang diperoleh sebesar 3,494.
Dari hasil HLB yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa ester galaktosa minyak biji kopi termasuk kedalam kelompok surfaktan jenis pengemulsi (emulsifier) [5]. Nilai HLB yang didapat dipengaruhi oleh asam lemak yang terikat dengan galaktosa dimana semakin panjang rantai karbon pada asam lemak maka nilai HLB yang didapat akan semakin besar.
KESIMPULAN
Ester galaktosa dapat diperoleh melalui reaksi interesterifikasi antara metil ester minyak biji kopi dan galaktosa yang terlebih dahulu diasetilasi dengan asam asetat anhidrat dengan perbandingan mol galaktosa dan asam asetat anhidrat adalah 1:1. Adapun reaksi interesterifikasi dilakukan dengan mengganti gugus asetat pada galaktosa dan ester pada metil ester dengan perbandingan mol 1:1 dengan % rendemen %.
Hasil karakterisasi ester galaktosa dengan menggunakan spektroskopi FT-IR dapat dilihat adanya serapan khas C=O ester pada panjang gelombang 1743,35 cm-1. Selain itu dapat dilihat rantai panjang -CH (-CH alifatik) pada panjang gelombang 721,38 cm-1 mengindikasikan ester galaktosa asam lemak telah terbentuk.
SARAN
Perlu dilakukan analisa komposisi metil ester minyak biji kopi agar diketahui komponen asam lemak yang terkandung dan asam lemak dominan yang ada pada metil ester minyak biji kopi. Metode pemurnian yang lebih efektif diperlukan untuk menghasilkan produk dengan kemurnian tinggi.
DAFTAR PUSTAKA
[1] (ICO), I. C. O. (2012) All Explorting Countries Total Production Crop Years. England: International Coffee Organization. [2] Farah, A. (2012) Coffee: Emerging Health
Effects and Disease Prevention. Chicago: the Institute of Food Technologists.
[3] Desai, N. (1999) ‘Process For the Preparation of Sucrose Fatty Acids Esters’, The Goldschmidt AG. US Patent.
[4] Rahmi, D. and Retno, Y. (2011) Pembuatan Coco-Dietanolamida dengan Reaktor High Mixing Homogenizer.
[5] Martin.A., J. and Arthur, C. (1993) Farmasi Fisik: Dasar-Dasar Kimia Fisik Dalam Ilmu Farmasetik. Jakarta: Universitas Indonesia Press.
