STUDI KINETIKA
PEMBENTUKAN
KARAGINAN DARI
RUMPUT LAUT
Dini Fathmawati
2311105001
M. Renardo Prathama A
2311105013
Laboratoium Teknik Reaksi Kimia Fakultas Teknologi Industri
1.1 Latar Belakang Masalah
RUMPUT LAUT SUMBER DEVISA NEGARA & PENDAPATAN MASYARAKAT PESISIR $ 1.110.900 ha (60%) KURANGNYA BUDIDAYA222.180 ha (20%) TAHUN TOTAL PRODUKSI (TON)
2010 910.636
2011 1.079.850
2013 > 1.500.000
(antara.com/januari 2013)
Tahun Nilai Ekspor (USD) Pertumbuhan Ekspor (%)
2007 460,426,216 -2008 522,519,341 4.7 2009 642,919,616 7.9 2010 723,021,890 4.9 2011 966,300,863 14.1 (UNCOMTRADE, 2012) Nilai Ekspor dan Laju Pertumbuhan Ekspor Tahun Rumput Laut
Budidaya RL kering mencapai 2jt ha, apabila dimanfaatkan seluruh lahan akan diperoleh 32jt ton/th, apabila harga RL Rp 4,5jt/ton maka diperoleh sekisar Rp 144 Trilliun/th.
PRODUK RUMPUT
LAUT INDONESIA
ATC
(Alkali Treated Cottonii)
TEPUNG KARAGINAN
HARGA PASAR DUNIA /(kg) R.L. (35%) ($) 0.5 sampai 0.8 ATC ($) 3 sampai 5 TEPUNG ($) 13 (Liputan6.com, Januari 2013) RUMPUT LAUT (35% KADAR AIR) (algaemas.com) (solopos.com) (alexselly.blog.com)
1.2 Rumusan Permasalahan
Ekstraksi karaginan akan dilakukan dengan reagen NaOH dan bahan baku adalah rumput laut jenis
Eucheuma Cottonii dan Eucheuma Spinosum
Batasan kondisi operasi ekstraksi rumput laut
dilaksanakan sekitar atau pada range suhu 80oC
hingga 90oC dan waktu rentang antara 0 hingga 2
1.3 Batasan Masalah:
• Bahan baku rumput laut diperoleh dari pesisir Jawa/Madura.
• Reaktor yang digunakan adalah reaktor sistem batch menggunakan reffluks.
• Analisa akan dilakukan dengan alat spektrofotometer FTIR.
1.4 Tujuan Penelitian:
Mempelajari pengaruh variabel konsentrasi NaOH dan konsentrasi rumput laut terhadap rendemen karaginan pada ekstraksi basa rumput laut.
Mempelajari pengaruh variabel suhu dan waktu
terhadap rendemen karaginan pada ekstraksi basa rumput laut.
Mempelajari kinetika reaksi pembentukan karaginan dari rumput laut.
1.5 Manfaat Penelitian
• Mengetahui kondisi operasi terbaik untuk mengoptimalkan produksi karaginan yang
berkualitas dan bernilai ekspor tinggi dari proses ekstraksi rumput laut menggunakan reagen NaOH.
URAIAN PUSTAKA
• Salah satu makhluk hidup yang tumbuh dan berkembang di laut adalah alga atau rumput laut (seaweed).
• Kandungan rumput laut umumnya adalah mineral esensial (besi, iodin, aluminium,
kalsium, fosfor), protein, tepung, gula, dan vitamin A, B, C, D.
Rumput laut dibagi menjadi empat
kelas, yaitu :
• Chlorophyceae (Ganggang Hijau)
• Rhodophyceae (Ganggang Merah)
• Cyaophyceae (Ganggang Biru)
Komposisi Kimia Rumput Laut
Komponen Penyusun Komposisi (%)
Air 27,8 Protein 5,4 Karbohidrat 33,3 Lemak 8,6 Serat kasar 3 Abu 22,25 (Kompas, 28 Mei 2003)
Eucheuma Cottonii
atau Kappaphycus AlvareziiMempunyai ciri-ciri fisik sebagai berikut :
• Mempunyai thallus silindris • Permukaan licin
• Cartilogeneus
• Keadaan warna tidak selalu tetap, kadang-kadang berwarna hijau, hijau kuning, abu-abu atau merah.
Eucheuma Spinosum
(mcpicarrageenan.com)
Adapun ciri-ciri fisik Eucheuma Spinosum, yaitu:
Thalli (kerangka tubuh tanaman) bulat silindrsis dan gepeng. Berwarna merah, merah-coklat, hijau-kuning, dan sebagainya. Bercabang berselang tidak teratur, di atau trikhotomus.
Memiliki benjolan-benjolan (blunt nodule) dan duri-duri atau spines yang melingkar disetiap sisinya.
Substansi thalli ‘gelatinus’ dan ‘kartilagenus’ (lunak seperti tulang rawan)
Karaginan
• salah satu hasil olahan rumput laut kering. Karaginan merupakan senyawa komplek polisakarida yang tersusun dari unit D-galaktosa 3,6 anhidrogalaktosa yang dihubungkan oleh ikatan 1-4 glikosilik.
• karaginan dibedakan menjadi tiga macam, yaitu iota- karaginan, kappa-karaginan, dan lambda-karaginan.
Manfaat : dapat digunakan dalam berbagai bidang industri seperti dalam industri makanan (es krim, flavor, meat product, pasta ikan, produk saus), industri pengolahan limbah, kosmetik, tekstil, industri sutera dan lain-lain.
Gambar Struktur dasar kappa, iota, dan lambda karaginan. (pharmainfo.net)
Karaginan terbagi menjadi 3 fraksi
berdasarkan unit penyusunnya yaitu:
Sifat Dasar Karaginan:
• KELARUTAN
• VISKOSITAS
• PEMBENTUKAN GEL
1. Kelarutan
Dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya tipe
karaginan, temperature, pH, kehadiran jenis ion
tandingan dan zat-zat terlarut lainnya.
Karaginan dapat
membentuk gel secara
reversible.
2. Stabilitas pH
memiliki stabilitas maksimum pada pH 9 dan akan
terhidrolisis pada pH dibawah 3,5.
Pada pH 6 atau lebih
umumnya larutan karaginan dapat mempertahankan kondisi proses produksi karaginan.
Larutan karaginan akan
menurun viskositasnya jika pHnya diturunkan dibawah 4,3.
3. Viskositas
Jika konsentrasi karaginan
meningkat maka viskositasnya akan meningkat secara
eksponensial.
Untuk tipe karaginan yang mudah membentuk gel
biasanya pengukuran
viskositas dilakukan pada suhu cukup tinggi (sekitar 75oC)
untuk menghindari
terbentuknya gel, pada
konsentrasi 1,5% dan suhu
75oC nilai viskositas karaginan
berkisar antara 5-800 cP.
4.
Pembentukan
GelPembentukan gel adalah suatu fenomena penggabungan atau pengikatan silang rantai-rantai polimer sehingga terbentuk suatu jala tiga dimensi
bersambungan.
Konsistensi gel dipengaruhi beberapa faktor antara lain : jenis dan tiper karaginan, konsistensi adanya ion-ion
serta pelarut yang menghambat pembentukan hidrokoloid.
PERMODELAN KINETIKA
Gambar 2.5 Pembentukan Kappa karaginan dan Iota karaginan (pharmainfo.net)
FUNGSI PENAMBAHAN ALKALI : untuk menghilangkan gugus 6-sulfat di unit 3,6-anhidrogalaktosa
PERSAMAAN KINETIKA
REAKSI
• Persamaan kinetika reaksi karaginan berlangsung sesuai persamaan berikut, dengan asumsi:
• CA = Konsentrasi Mu karaginan
• CB = CB0 = Konsentrasi NaOH = konstan • Persamaan rate kinetika reaksi :
n A A
k
C
r
'
[
]
dC
dt
A=
−
=
−
dimana : k’ = kCB (Levenspiel, hal 123)• Menentukan orde reaksi ke-n: n A A
k
C
r
dC
[
]
dt
A=
−
=
−
• Lalu diubah ke dalam bentuk algoritma :
[
CArata rata]
n k t = + − ∆ ∆ − 10 10 A 10 log log C log Intercept slopeDimana, k dan n adalah konstanta yang dapat dievaluasi dari data penelitian
Alat yang
digunakan
• Beaker glass • Thermometer 100oC • Erlenmeyer • Neraca analitik • Pemanas elektrik • Labu leher tiga, 1ltr • Cawan porselen • Kondensor reflux • Motor pengaduk • Blender• Rumput laut Eucheuma Cottonii kering (Madura)
• Rumput laut Eucheuma
Spinosum kering (Madura)
• NaOH, HCl • Aquades
Bahan yang
digunakan
VARIABEL PENELITIAN:
Variabel Tetap: • Tekanan 1 atm
• Volume larutan 350ml • Perbandingan rumput
laut terhadap aquadest 10gr/350ml aquadest
Variabel Tidak Tetap:
• Konsentrasi NaOH 2%, 4%, dan 6% • Suhu Ekstraksi 80oC, 85oC, dan 90oC • Waktu ekstraksi 40, 80, dan 120 menit
PROSEDUR PERCOBAAN
ANALISA SAMPLE
PERMODELAN KINETIKA
HASIL PENELITIAN
Analisa Jenis Karaginan
• EUCHEUMA SPINOSUM; NaOH 6%, T=90oC
• 804,72 • 930,47 • 932,12 • 1629,88 • 2352,98 • 3470,52
• EUCHEUMA COTTONII; NaOH 6%, T= 90oC • 842,32 • 851,42 • 928,51 • 1222,43 • 1247,57 • 1631,04
Tabel Standar Identifikasi Kappa
Karaginan dengan spektrofotometri
FTIR
Wave number (cm-1) Moleculer Assigment Absorbance relative to 1050 cm-1
Kappa Iota Lambda 1220-1260 Ester sulfat 0,2-1,2 1,3-1,6 1,4-2,0 928-933 3,6-anhidrogalactose 0,2-0,6 0,2-0,4 0-0,2 840-850 Galactose-4-sulfat 0,1-0,5 0,2-0,4 -825-830 Galactose-2-sulfat - - 0,2-0,4 810-820 Galactose-6-sulfat - - 0,1-0,3 800-805 3,6-anhidrogalactose-2-sulfat 0-0,2 0,2-0,4
-Pengaruh Konsentrasi NaOH dan Suhu Ekstraksi terhadap Rate Pembentukan Karaginan
EUCHEUMA SPINOSUM dengan T = 90oC pada variabel
EUCHEUMA COTTONII dengan T = 90oC pada variabel
• Berdasarkan laju rate dan grafik diatas dapat diketahui bahwa semakin besar konsentrasi
NaOH yang ditambahkan yaitu dari konsentrasi 2% - 4%, rate terbentuknya karaginan juga
semakin meningkat
• Ini disebabkan dari sifat larutan NaOH yang mempermudah proses ekstraksi polisakarida
akan menjadi lebih sempurna dan mempercepat proses pengurangan 6-sulfat dari unit monomer menjadi 3,6-anhidro-D-galaktosa. Hal ini juga dapat menyebabkan meningkatkan harga k bila konsentrasi NaOH bertambah.
PERHITUNGAN ENERGI
AKTIVASI
• Tabel IV.8 Konsentrasi reaksi NaOH 6%, T = 80 - 90 0C ( E. Spinosum)
Tabel IV.7 Konstanta reaksi pada variabel T = 90 0C ( E.
Cottoni) T (K) 1/T k' k ln k 353 0,002833 0,30338912 5,056485307 1,620672 358 0,002793 0,31695675 5,282612438 1,664421 363 0,002755 0,45919801 7,653300214 2,035137 T (K) 1/T k' k ln k 353 0,002833 0,45185594 0,075309324 -2,58615 358 0,002793 0,50003453 0,083339089 -2,48484 363 0,002755 0,67764151 0,112940251 -2,1809
• Berdasarkan Arrhenius Law:
• k = k0 e^-(Ea/RT) Diubah ke logaritma :
ln k = ln k0 – (Ea/RT) x (1/T)
Grafik Hubungan ln k vs 1/T (E.
Spinosum)
• Didapatkan harga slope = -5291
• -Ea/R = -5291 ; R = 8,314 J / mol K • Ea = 43989,37 J / mol y = -5291,1x + 16,555 R2 = 0,8221 0 0,5 1 1,5 2 2,5 0,00274 0,00276 0,00278 0,0028 0,00282 0,00284 1/T ln k
Grafik Hubungan ln k vs 1/T (E.
Cottonii)
• Didapatkan harga slope = -5180
• -Ea/R = -5180 ; R = 8,314 J / mol K • Ea = 43066,52 J / mol
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil analisa penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan sebagai berikut:
• Analisa identifikasi karaginan dengan menggunakan spektrofotometri
FTIR menunjukkan bahwa jenisnya adalah kappa karaginan
• Semakin besar konsentrasi NaOH, rate pembentukan karaginan semakin
meningkat
• Semakin besar suhu ekstraksi, rate pembentukan karaginan semakin
meningkat. Dengan persamaan reaksi rate adalah rp = k’CAn , untuk
harga k masing-masing pada saat NaOH 6%, yaitu: E. Spinosum : k 80
oC = 3,2949072; k 85 oC = 3,7439337; c. k 90 oC = 5,5655806. E.
Cottoni : k 80 oC = 0,04925; k 85 oC = 0,0577; dan k 90 oC =
0,08249.
• Energi aktivasi pada E. Cottonii lebih rendah yaitu 43066,52 J/mol
dibandingkan dengan E. Spinosum yaitu 43989,37 J/mol
• Dari hasil penelitian yang di dapat, kecepatan reaksi pada E. Spinosum
SARAN
Adapun saran yang dapat disampaikan sebagai berikut: • dibutuhkan metode untuk menganalisa karaginan dan
sampel standart karaginan murni yang lebih akurat • dibutuhkan range data standart konsentrasi NaOH
untuk direaksikan dengan Mu-karaginan dalam
proses ekstraksi sehingga diperoleh produk karaginan yang diinginkan
• memberikan perlakuan yang sama terhadap bahan baku, meminimalkan penyimpangan hasil
• mengambil sampel sebanyak 5 kali sehingga mendapatkan hasil yang lebih akurat