Prarancangan Pabrik Zat Warna Alami dari Kulit Kayu Tanaman Mangrove dengan Kapasitas 1700 Ton/Tahun
BAB I PENGANTAR
A. Latar Belakang
Pewarna merupakan salah satu bahan yang sangat luas penggunaannya dalam kehidupan sehari-hari, terutama pada produk tekstil. Kebutuhan penduduk Indonesia terhadap tekstil cukup besar yaitu 7,5 kg/kapita/tahun. Kebutuhan ini selalu mengalami kenaikan setiap tahun, sehingga kebutuhan pewarna tekstil juga semakin meningkat. Sebagian besar industri di Indonesia masih menggunakan zat warna sintetis. Sebesar 64% pewarna tekstil dikuasai oleh 2 perusahaan besar yaitu PT Dystar CI dan Dylon, Inc (Naibaho, 2014). PT Dystar CI beroperasi di Cilegon, sedangkan produk dari Dylon, Inc diimpor dari Inggris.
Pewarna sintetis memiliki beberapa kelebihan yaitu mudah diproduksi, memiliki intensitas warna dan variasi warna yang lebih baik daripada pewarna alami, serta lebih murah. Pewarna sintetis dibuat dari bahan baku yang tergantung pada sumber daya petrokimia. Namun beberapa pewarna sintetis mengandung bahan yang bersifat karsinogenik, toksik, dan tidak ramah lingkungan. Untuk mengatasi hal tersebut, pewarna alami dapat menjadi alternatif pilihan pewarna yang ramah lingkungan dan aman (Yernisa, 2013). Salah satu bahan baku alternatif yang menjanjikan adalah tanin. Tanin dapat diperoleh dari hampir semua jenis tumbuhan hijau, baik tumbuhan tingkat rendah maupun tumbuhan tingkat tinggi.
Mangrove adalah nama sekelompok tumbuhan dari marga Rhizophora, suku Rhizophoraceae. Di Indonesia, tanaman mangrove ditanam dan dimanfaatkan untuk menahan erosi pantai dari gelombang badai, menahan lumpur, mengambil unsur logam berat dan sebagai suaka margasatwa. Selain itu kayu mangrove dimanfaatkan oleh industri sebagai bahan pembuat arang dan pembuat tiang bangunan (Kartaningsih dkk, 2011).
Pemanfaatan mangrove sering kali hanya bagian inti kayu saja. Padahal dalam kulit kayu mangrove terutama jenis Rhizopora mucronata terdapat
Prarancangan Pabrik Zat Warna Alami dari Kulit Kayu Tanaman Mangrove dengan Kapasitas 1700 Ton/Tahun
kandungan tanin yang tinggi terutama di bagian kulit kayunya. Kandungan tanin pada kulit kayu bakau mencapai 26% (Danarto dkk, 2011). Tanin yang terdapat di dalam kulit kayu mangrove adalah jenis condensed tannin (Kartikaningsih dkk, 2011).
Salah satu perusahaan yang mengeksploitasi mangrove adalah PT. Bintuni Utama Murni Wood Industries (PT. BUMWI). PT. BUMWI mendapatkan izin pengelolaan hutan mangrove seluas 82.120 hektar. PT BUMWI mengolah kayu hasil eksploitasi mangrove untuk chips sebagai bahan baku pulp (www.bumwimangrove.com). Meskipun sudah mengambil mangrove dengan mempertimbangkan kelestarian lingkungan, PT BUMWI membuang kulit kayu mangrove karena dianggap mempercepat pembusukkan kayu (Innah, 2005). Oleh karena itu, perlu didirikan pabrik pewarna alami dari limbah kulit kayu mangrove.
Pendirian pabrik pewarna alami ini selain menghasilkan pewarna alami yang dapat mengurangi impor pewarna tekstil Indonesia. Selain itu pendirian pabrik ini diharapkan mampu dapat mengurangi penumpukan kulit kayu limbah, menambah lapangan pekerjaan baru, dan menambah tingkat kesejahteraan bagi penduduk sekitar.
Kapasitas pabrik yang akan dibangun disesuaikan dengan ketersediaan limbah kayu yang ada. Eksploitasi tanaman mangrove dibatasi dengan allowable cut agar tetap menjaga ekosistem hutan mangrove. Annual allowable cut PT. BUMWI adalah 223.994 m3/tahun (www.bumwimangrove.com). Sedangkan kulit kayu memiliki proporsi 10-20% dari batang kayu tergantung spesies dan kondisi pertumbuhan (Batubara, 2008). Ketersediaan kulit kayu yang ada di PT. BUMWI sebanyak 18.032 ton kulit kayu basah/tahun, sehingga kapasitas prarancangan pabrik pewarna alami dari kulit kayu tanaman mangrove ini dirancang dengan kapasitas 1700 ton/tahun.
Prarancangan Pabrik Zat Warna Alami dari Kulit Kayu Tanaman Mangrove dengan Kapasitas 1700 Ton/Tahun
akar tunjang, daun tunggal, bunga berkelompok dalam payung tambahan yang bertangkai, buah berbentuk telur memanjang, diameter batang hingga 70 cm, dan tinggi 4-30 m. Kandungan tanin pada kulit kayu mangrove mencapai 26% (Danarto dkk, 2011). Ketersediaan kulit kayu mangrove sebagai bahan baku sangat melimpah di Indonesia. Indonesia mempunyai hutan mangrove yang cukup luas. Diperkirakan luasnya mencapai 4,25 juta hektar yang tersebar di sepanjang pantai dan muara-muara sungai (Hamidah, 2006).
Tanin merupakan senyawa polifenol dengan berat molekul tinggi dan mempunyai gugus hidroksil dan karboksil sehingga tanin dapat membentuk ikatan kompleks dengan protein dan makromolekul lainnya pada kondisi lingkungan tertentu. Tanin memiliki struktur ikatan rangkap dua yang terkonjugasi pada polifenol sebagai kromofor (pembawa warna) dan adanya gugus OH sebagai auksosom (pengikat warna). Struktur ini menyebabkan tanin dapat memberikan warna coklat (Sibuea, 2015). Tanin diklasifikasikan menjadi dua jenis yaitu:
a. Hydrolyzable Tannin
Hydrolyzable tannin merupakan turunan asam galat yang mudah dihidrolisis oleh asam lemah atau basa lemah menghasilkan karbohidrat dan asam phenolik.
b. Condensed Tannin
Condensed tannin merupakan polimer yang terdiri dari 2 sampai 50 (atau lebih) unit flavonoid yang bergabung dengan ikatan karbon. Hal ini menyebabkan condensed tannin tidak rentan terhadap hidrolisis (Ismarani, 2012). Berdasarkan analisis HPLC, tanin yang berasal dari bakau jenis Rhizophora mucronata sebagian besar terdiri dari empat flavonoid monomer, yaitu catechin, epicatechin, epigallocatechin, dan epicatechin gallate (Danarto dkk, 2011).
Prarancangan Pabrik Zat Warna Alami dari Kulit Kayu Tanaman Mangrove dengan Kapasitas 1700 Ton/Tahun
(Sibuea, 2015) Tanin berguna sebagai penyamak kulit karena kemampuannya untuk mengendapkan protein tanpa mengubah sifat kimia dan fisika kulit. Selain itu tanin digunakan sebagi zat pewarna alami, pengawet minuman, bahan baku pembuatan obat-obatan, serta bahan pewarna sabun, pasta gigi, dan kosmetik (Danarto dkk, 2011).
Pengambilan zat warna dari kulit kayu dilakukan dengan cara ekstraksi. Ekstraksi adalah pemisahan zat berdasarkan perbedaan kelarutan. Proses ini menggunakan pelarut yang dapat melarutkan zat yang dapat diinginkan namun
Prarancangan Pabrik Zat Warna Alami dari Kulit Kayu Tanaman Mangrove dengan Kapasitas 1700 Ton/Tahun
Ekstraksi dalam pengambilan zat pewarna alami adalah ekstraksi padat-cair (leaching). Tahapan leaching ada dua yaitu kontak pelarut dengan padatan untuk menggambil solut lalu separasi atau pemisahan larutan dari sisa padatan (Brown, 1950). Berikut ini beberapa jenis ekstraksi yang dilakukan untuk memperoleh pewarna alami antara lain (Saxena, 2014):
a. Ekstraksi dengan air
Ekstraksi jenis ini merupakan ekstraksi yang paling sederhana dan paling awal digunakan. Tahapan ekstraksi dimulai dengan perendaman yang cukup lama agar sel bahan baku merenggang. Kemudian dilakukan pemanasan untuk mendapatkan zat warna. Kekurangan dari proses ini antara lain waktu ekstraksi yang lama, penggunaan air yang banyak, penggunaan suhu tinggi, yield relatif rendah dan terlarutnya zat lain yang water soluble seperti gula.
b. Ekstraksi dengan asam atau basa (alkali)
Ekstraksi ini spesifik digunakan untuk jenis pewarna yang dapat larut dalam asam atau basa. Ekstraksi asam contohnya digunakan pada ekstraksi Butea monosperma. Ekstraksi dengan alkali digunakan untuk ekstraksi biji annetto. Beberapa pewarna sentitif dan dapat rusak pada pH tertentu, oleh karena itu penting untuk melakukan penelitian terlebih dahulu sebelum dikembangkan pada skala besar.
c. Microwave and ultrasonic assistted extraction
Teknologi ini terbukti mengurangi penggunaan pelarut, waktu ekstraksi dan suhu ekstraksi. Gelombang ultrasonik akan menciptakan gelembung-gelembung kecil yang akan pecah dan menghasilkan tekanan dan suhu tinggi. Teknologi microwave mempercepat laju ekstraksi sehingga ekstraksi dapat dilakukan lebih singkat dengan yield yang lebih tinggi. Namun teknologi ini masih dalam tahap pengembangan untuk mencari kondisi optimum proses ekstraksi.
Prarancangan Pabrik Zat Warna Alami dari Kulit Kayu Tanaman Mangrove dengan Kapasitas 1700 Ton/Tahun
Metode fermentasi ini memanfaatkan enzim yang diproduksi oleh mikroorganisme untuk mengekstrak pewarna alami. Proses ini menggunakan air sebagai media tumbuhnya mikroorganisme. Keuntungan proses ini adalah tidak perlu menggunakan suhu tinggi. Kekurangan metode ini antara lain adalah waktu ekstraksi yang lama dan bau tidak sedap akibat aktivitas mikrobia.
e. Ekstraksi enzimatis
Penggunaan enzim dapat memecah biomassa yang mayoritas terdiri atas selulosa, glukosa dan pektin. Komponen penyusun biomassa dapat terurai oleh enzim sehingga proses pengambilan zat warna lebih mudah. Ekstraksi jenis ini mengguntungkan untuk ekstraksi kulit kayu, akar dan biomassa keras lainnya.
f. Ekstraksi dengan solven
Zat pewarna alami dapat diekstrak dengan solven zat organik seperti aseton, kloroform, etanol, metanol maupun campuran dari solven-solven tersebut. Contoh yang sering digunakan sebagai pelarut adalah campuran air alkohol yang digunakan untuk mengekstrak pewarna alami. Keuntungan campuran ini adalah baik zat warna yang water soluble maupun zat yang water insoluble dapat terambil sehingga yield yang diperoleh lebih banyak dibandingkan jika hanya menggunakan air sebagai pelarut. Pemurnian ekstraksi dengan solven juga lebih mudah karena solven biasanya menguap lebih mudah dan dapat digunakan kembali. Suhu ekstraksi dengan solven biasanya lebih rendah. Kekurangan dari proses ini adalah semakin banyak zat lain seperti klorofil yang ikut terambil.
g. Ekstraksi dengan fluida superkritikal
Teknologi ini masih relatif baru pada eksptraksi zat pewarna alami. Fluida superkritikal adalah fluida yang memiliki suhu dan tekanan diatas suhu dan tekanan kritis. Pada kondisi ini sifat fisis fluida seperti diantara
Prarancangan Pabrik Zat Warna Alami dari Kulit Kayu Tanaman Mangrove dengan Kapasitas 1700 Ton/Tahun
karena harus dapat menahan tekanan tinggi. Fluida yang sering digunakan untuk ekstraksi ini adalah CO2 pada suhu antara 32-49OC dan tekanan
antara 1070-3500 psi.
Jenis ekstraksi dipilih untuk prarancangan pabrik ini adalah ekstraksi dengan menggunakan solven. Solven yang dipilih untuk ekstraksi pewarna alami dari kulit kayu tanaman mangrove adalah etanol. Pemilihan etanol dikarenakan tanin yang ada pada kulit kayu tanaman mangrove merupakan senyawa yang larut dalam air, alkohol dan hidroalkohol (Danarto, 2011). Kelarutan tanin dalam etanol adalah 0,82 g/mL (pada suhu 70oC). Nilai kelarutan tersebut lebih tinggi dibandingkan kelarutan tanin dalam air pada suhu yang sama, yaitu 0,656 g/mL.
Ekstraksi dengan etanol memberikan yield yang lebih banyak dibandingkan dengan hanya menggunakan air. Selain itu, etanol lebih mudah menguap sehingga energi penguapan lebih rendah. Pelarut etanol juga dapat dipakai kembali dengan proses recycle.
