STUDI KINETIKA PEMBENTUKAN KARAGINAN DARI RUMPUT LAUT

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 BUDIDAYA

222.180 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 80o_C

hingga 90o_{C 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 Alvarezii}

Mempunyai 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 75o_C)

untuk menghindari

terbentuknya gel, pada

konsentrasi 1,5% dan suhu

75o_{C nilai viskositas karaginan}

berkisar antara 5-800 cP.

4.

Pembentukan

Gel

Pembentukan 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:

• C_A = Konsentrasi Mu karaginan

• C_B = C_B0 = Konsentrasi NaOH = konstan • Persamaan rate kinetika reaksi :

n A A

k

C

r

'

[

]

dC

dt

A

=

−

=

−

dimana : k’ = kC_B (Levenspiel, hal 123)

• Menentukan orde reaksi ke-n: n A A

k

C

r

dC

[

]

dt

A

=

−

=

−

• Lalu diubah ke dalam bentuk algoritma :

[

C_{Arata rata}

]

n k t = + − ∆ ∆ − _      10 10 A 10 log log C log Intercept slope

Dimana, k dan n adalah konstanta yang dapat dievaluasi dari data penelitian

Alat yang

digunakan

• Beaker glass • Thermometer 100o_C • 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 80o_C, 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 = 90o_{C pada variabel}

EUCHEUMA COTTONII dengan T = 90o_{C 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 0_{C ( 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

o_{C = 3,2949072; k 85} o_{C = 3,7439337; c. k 90} o_{C = 5,5655806. E.}

Cottoni : k 80 o_{C = 0,04925; k 85} o_{C = 0,0577; dan k 90} o_{C =}

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