PENURUNAN KADAR ASAM LEMAK BEBAS MINYAK KELAPA
SAWIT (CPO) MENGGUNAKAN ZEOLIT ALAM LAMPUNG
Widi Astuti*, Agus Junaedi*, Eni Suryani** dan Rachman Ismail**
*) UPT.Balai Pengolahan Mineral Lampung – LIPIJl. Ir. Sutami Km.15 Tanjung Bintang – Lampung Selatan Telp. (0721) 350055, Fax. (0721)350056
Email : widi004@lipi.go.id
**) Bidang Rekayasa Telimek Lampung - LIPI
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang penurunan kandungan asam lemak bebas (FFA) dalam minyak kelapa sawit (crude palm oil) dengan metode adsorbsi menggunakan zeolit alam Lampung. Hasil percobaan menunjukkan bahwa zeolit alam Lampung dapat digunakan sebagai adsorben pada proses penurunan kadar asam lemak bebas pada minyak kelapa sawit (crude palm oil) dan minyak goreng bekas. Zeolit dapat mengadsorbsi asam lemak bebas dalam minyak kelapa sawit dan minyak goreng bekas pakai baik dengan cara batchmaupun dengan cara kolom. Cara batchdilakukan dengan kecepatan pengaduk 575 rpm selama 1 jam dan diperoleh hasil terbaik dengan kondisi proses tanpa pemanasan menggunakan persen berat zeolit 15% dan konsentrasi HCl aktifasi 4,5%. Hasil yang diperoleh pada kondisi ini adalah penurunan kadar asam lemak bebas sebesar 17,86% dari kadar asam lemak bebas awal sebesar 5,41% menjadi 4,59%. Cara kolom dilakukan pada reaktor fixed bed yang berisi tumpukan zeolit. Hasil terbaik diperoleh pada waktu kontak 5 jam dan laju alir minyak 30 liter/jam yaitu dengan penurunan kadar asam lemak bebas sebesar 68,07% dari kadar FFA 1% menjadi 0,3825%.
Kata kunci : asam lemak bebas, zeolit alam Lampung, adsorbsi, aktifasi
ABSTRACT
The research about decreasing of free fatty acid content in crude palm oil by adsorption method with using natural zeolite from Lampung has been done. The experiment result shows that natural zeolite from Lampung can be used as adsorbent for decreasing of free fatty acid content in crude palm oil and vegetable oil that has been used. Zeolite can adsorb free fatty acid in crude palm oil and vegetable oil that has been used with batch method as well as column method. Batch method is done with speed of stirrer is 575 rpm for one hour. The best conditions for this method are weight percentage of zeolite 15%, concentration of HCl solution 4,5% and without heating (at room temperature). The result that is obtained in this condition is decreasing of free fatty acid 17,86% from early FFA degree 5,41% become 4,59%. Column method is done in fixed bed reactor that is contained zeolite. The best condition for this method is contacting time 5 hours and flow rate of oil 30 liter/hour. And the result that is obtained in this condition is decreasing free fatty acid 68,07% from early FFA degree 1% become 0,3825%.
PENDAHULUAN
Luas perkebunan kelapa sawit di Indonesia setiap tahun cenderung meningkat, termasuk di Propinsi Lampung yang terkenal dengan hasil-hasil pertaniannya. Hal ini disebabkan prospek yang cukup cerah dari minyak kelapa sawit baik di pasar lokal maupun di pasar internasional. Minyak kelapa sawit adalah salah satu minyak nabati yang mempunyai kadar karoten yang cukup tinggi, terutama crude palm oil (CPO) yaitu sekitar 200-2500 ppm, kadar karoten yang tinggi ini menyebabkan crude palm oil berwarna kuning kemerahan, sedangkan konsumen lebih menyukai warna minyak goreng yang jernih kekuningan. Kandungan asam lemak dalam minyak kelapa sawit ini juga tergolong masih tinggi.
Minyak kelapa sawit yang diperoleh dari pengolahan buah kelapa sawit (Elaeis Guineensis Jacqi), merupakan senyawa yang tidak larut dalam air dengan komponen utamanya trigliserida dan non trigliserida. Seperti jenis minyak lain, minyak kelapa sawit tersusun dari unsur-unsur C, H, dan O. Minyak kelapa sawit ini terdiri dari fraksi padat yang biasanya berupa lemak dan fraksi cair yang berupa minyak dengan perbandingan yang seimbang (Ketaren, 1986). Trigliserida merupakan ester dari gliserol dengan tiga molekul asam lemak, sedangkan senyawa non trigliserida yang ada pada minyak sawit adalah monogliserida, digliserida, fosfatida, karbohidrat, protein, bahan berlendir atau getah (gum) serta zat warna alami. Adanya senyawa tersebut berpengaruh terhadap kualitas minyak sawit, misalnya perubahan bau, warna yang ditunjukkan dalam bentuk kadar kotoran, kadar air, bilangan asam, bilangan peroksida, bilangan penyabunan, zat warna dan sebagainya.
Kualitas minyak kelapa sawit bisa ditingkatkan dengan menghilangkan pengotor-pengotor yang ada dan beberapa senyawa yang mempengaruhi kualitas minyak kelapa sawit. Salah satu parameter yang digunakan sebagai standar kualitas minyak kelapa sawit adalah kandungan asam lemak bebas. Kadar asam lemak bebas dalam minyak kelapa sawit dapat diturunkan dengan cara adsorbsi menggunakan adsorben tertentu. Secara umum adsorbsi diartikan sebagai suatu proses pemisahan komponen-komponen tertentu dalam fasa cair atau gas melewati suatu permukaan padat yang disebut adsorben, sedangkan komponen-komponen yang diserap disebut adsorbat.
Proses adsorbsi meliputi 3 (tiga) tahap mekanisme yaitu : 1) Pergerakan molekul-molekul adsorbat menuju permukaan adsorben, 2) Penyebaran molekul-molekul adsorbat ke dalam rongga-rongga adsorben, 3) Penarikan moekul-molekul adsorbat oleh permukaan aktif membentuk ikatan yang berlangsung sangat cepat (Metcalf and Eddy, 1979).
Sistem adsorbsi dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu : 1. Cara Batch
Cara ini adalah menggunakan bejana yang dilengkapi dengan pengaduk. Adsorbat yang akan dianalisis diaduk bersama adsorben dengan kecepatan dan waktu tertentu. Selanjutnya proses adsorbsi dibiarkan sampai mencapai kesetimbangan. Sistem batch ini sering digunakan dalam skala laboratorium.
2. Cara Kolom
Cara kolom adalah sistem adsorbsi menggunakan silinder vertikal dan horisontal. Adsorbat yang akan dianalisis dialirkan secara kontinyu ke dalam kolom yang dilengkapi dengan adsorben. Cara kolom ini sangat luas penggunaannya, terutama dalam skala industri dengan volume besar. Pengaliran adsorbat dapat dilakukan dari
atas ke bawah atau dari bawah ke atas dan sistemnya bisa pararel atau seri tergantung pada sifat adsorben dan adsorbat.
Zeolit merupakan jenis batuan alam yang dapat digunakan sebagai adsorben pada proses penurunan kadar asam lemak bebas dalam minyak kelapa sawit. Zeolit sangat baik digunakan sebagai adsorben sebab mempunyai daya serap yang tinggi, luas permukaan yang besar, memiliki pori yang banyak dan juga harganya relatif murah serta banyak terdapat di Indonesia. Zeolit merupakan sumber daya mineral yang banyak terdapat di tempat-tempat yang berdekatan dengan gunung api seperti di Jawa Barat (bayah, Nanggung, Cikalong), di Sumatera (Aceh, Sumatera Utara dan Lampung) dan beberapa tempat lainnya. Dari hasil penelitian lapangan, Indonesia berpotensi memiliki sumber daya mineral zeolit, diperkirakan sekitar 120 juta ton endapan zeolit terdapat di Jawa Barat (Husaini, 1990).
Tujuan dari penelitian yang dilakukan adalah mengetahui kemampuan zeolit sebagai adsorben dalam proses penurunan kadar asam lemak bebas dalam minyak kelapa sawit.
METODOLOGI PENELITIAN
1. Persiapan AdsorbenZeolit yang digunakan berasal dari daerah Sukamulyo, Lampung Selatan, Propinsi Lampung dengan ukuran partikel yang digunakan adalah 60, 80 dan 100 mesh. Aktivasi yang digunakan adalah secara kimia menggunakan larutan HCl dan secara fisika menggunakan pemanasan. Persen HCl yang digunakan divariasikan dan digunakan sebagai variabel percobaan.
Komposisi kimia zeolit yang digunakan adalah :
SiO2 = 69,6 % MgO = 0,83 % Al2O3 = 13,6 % K2O = 2,25 % Fe2O3 = 1,86 % Na2O = 0,88 % TiO2 = 0,19 % LOI = 8,66 % CaO = 1,63 % Analisa fisik :
KTK = 85,71 meq/100 gr True density = 1,99
Bulk density = 0,8 gr/cm3 Ukuran butir = 60, 80, 100 mesh Hasil analisa XRD :
Komposisi mineral adalah clinoptilolite dan montmorilonite.
2. Proses Adsorbsi
Adsorbsi dilakukan dengan dua cara yaitu :
a. Cara batch yaitu pengadukan menggunakan pengaduk dengan kecepatan 575 rpm selama 1 jam. Variabel yang digunakan dalam proses ini adalah persen berat zeolit yang digunakan terhadap berat minyak kelapa sawit (CPO) dan temperatur (suhu) operasi.
1
2
3
5
4
Keterangan : 1. Pengaduk 4. Statif dan klem 2. Termometer 5. Kompor listrik
3. Labu reaksi
Gambar 1. Rangkaian Alat Adsorbsi Cara Batch
b. Cara kolom yaitu percobaan penurunan kadar asam lemak bebas skala pilot plant yang dilakukan pada suatu kolom fixed bed (unggun tetap) yang berisi tumpukan zeolit dengan volume reaktor 50 liter atau kapasitas penuh zeolit adalah 40 kg (ρ zeolit = 0,8 g/cm2). Variabel yang digunakan adalah berat zeolit yang digunakan dan waktu kontak. Minyak dialirkan dari atas menggunakan pompa dan keluar lewat bawah. Rangkaian alat reaktor fixed bed ini dapat dilihat pada gambar 2 berikut ini.
1
2 3
Keterangan : 1. Kolom adsorbsi 2. Pompa 3. Drum minyak
HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Percobaan PendahuluanPercobaan ini dimaksudkan sebagai penjajagan awal atau eksplorasi apakah gagasan menurunkan kadar asam lemak bebas menggunakan zeolit alam Lampung dapat dilakukan. Sebagai bahan baku percobaan pendahuluan digunakan minyak goreng bekas yang diperoleh dari pedagang ayam goreng di pinggir jalan. Secara fisik, minyak goreng bekas pakai yang digunakan sudah berwarna sangat gelap (coklat kehitam-hitaman). Setelah dilakukan analisa kimia diketahui bahwa kandungan FFA sebesar 0,69%. Sedangkan kadar FFA untuk minyak goreng yang masih baru adalah 0,106 – 0,297%. Terjadi kenaikan kadar asam lemak bebas (FFA) sekitar 2 s/d 7 kali.
Sebenarnya minyak goreng bekas ini masih dapat dimanfaatkan kembali. tetapi harus dilakukan proses pemurnian kembali dengan cara menurunkan kadar asam lemak bebas tersebut. Dalam penelitian ini digunakan cara adsorbsi menggunakan zeolit alam Lampung sebagai adsorben. Dan dalam percobaan pendahuluan ini digunakan zeolit alam Lampung tanpa aktivasi dalam proses penurunan kadar FFA dengan cara pengadukan dan cara perendaman zeolit dalam minyak.
Hasil pengamatan dari percobaan pendahuluan ini dituangkan dalam gambar 3 berikut ini.
0.56 0.58 0.6 0.62 0.64 0.66 0.68 0.7 0 10 20 30 40 50 60
Persen zeolit terhadap minyak, %
Kadar FFA hasil, %
Waktu = 30 menit Waktu = 60 menit Waktu = 12 jam
Gambar 3. Grafik hubungan antara persen zeolit terhadap pada kecepatan pengaduk 575 rpm, tanpa pemanasan
Dari gambar di atas diketahui bahwa berdasarkan percobaan pendahuluan yang dilakukan, ternyata zeolit alam Lampung memiliki kemampuan sebagai adsorben asam lemak bebas walaupun sangat kecil sehingga dapat menurunkan kadar asam lemak bebas yang terkandung dalam minyak goreng bekas. Berdasarkan hasil yang diperoleh tersebut, maka kegiatan penurunan kadar asam lemak bebas dalam minyak goreng dan minyak kelapa sawit dapat dilanjutkan ke tahap berikutnya.
2. Percobaan Penurunan Kadar Asam Lemak Bebas Skala Laboratorium (Adsorbsi Cara Batch)
Percobaan penurunan kadar asam lemak bebas dalam minyak kelapa sawit menggunakan adsorban zeolit alam Lampung dilakukan dengan cara pengadukan menggunakan motor pengaduk pada kecepatan 575 rpm selama 1 jam. Variasi yang digunakan adalah konsentrasi HCl untuk aktivasi zeolit (3%; 3,5%; 4%; 4,5% dan 5%), persen berat zeolit terhadap berat minyak kelapa sawit (2,5%; 5%; 7,5%; 10% dan 15%) dan suhu proses (suhu kamar dan 600C).
Hasil pengamatan dari percobaan penurunan kadar asam lemak bebas cara batch ini dituangkan dalam gambar 4 dan 5 berikut ini.
4.4 4.6 4.8 5 5.2 5.4 5.6 0 5 10 15 20 Persen zeolit, % Kadar FFA, % HCl 3% HCl 4.5% HCl 5%
Gambar 4. Grafik hubungan antara persen zeolit dalam CPO terhadap kadar FFA pada berbagai macam variasi %HCl aktivasi
dengan perlakuan tanpa pemanasan
Gambar 4 menunjukkan hubungan antara persen zeolit yang digunakan dalam minyak kelapa sawit (CPO) terhadap kadar asam lemak bebas (FFA) yang diperoleh setelah proses adsorbsi dilakukan tanpa pemanasan (pada suhu kamar) pada variabel persen HCl yang digunakan untuk aktivasi. Dari grafik tersebut diperoleh hasil bahwa persen zeolit terbaik yang digunakan untuk mendapatkan kadar asam lemak bebas terendah adalah 15%. Pada persen zeolit tersebut diperoleh kadar asam lemak bebas 4,59% dari kadar asam lemak bebas awal sebesar 5,41% atau daya serap asam lemak bebasnya adalah sebesar 17,86%. Percobaan juga dilakukan pada persen zeolit yang lebih tinggi yaitu pada 20%, tetapi kadar asam lemak bebas yang diperoleh tidak jauh berbeda dengan pada persen zeolit 15% sehingga digunakan persen zeolit 15% sebagai nilai optimal. Sedangkan persen HCl yang digunakan untuk aktivasi terbaik adalah pada 4,5% karena pada variabel tersebut diperoleh penurunan kadar asam lemak bebas yang paling optimal.
4.7 4.8 4.9 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 0 5 10 15 20 Persen zeolit Kadar FFA HCl 3% HCl 3.5% HCl 4% HCl 4.5% HCl 5%
Gambar 5. Grafik hubungan antara persen zeolit dalam CPO terhadap kadar FFA pada berbagai macam variasi
%HCl aktivasi pada suhu 600C
Gambar 5 menunjukkan hubungan antara persen zeolit yang digunakan dalam minyak kelapa sawit (CPO) terhadap kadar asam lemak bebas (FFA) yang diperoleh setelah proses adsorbsi dilakukan dengan pemanasan (suhu 600C) pada variabel persen HCl yang digunakan untuk aktivasi. Dari grafik tersebut diketahui bahwa persen zeolit terbaik yang digunakan untuk mendapatkan kadar asam lemak bebas terendah adalah 15%. Pada persen zeolit tersebut diperoleh kadar asam lemak bebas 4,73% dari kadar asam lemak bebas awal sebesar 5,41% atau daya serap asam lemak bebasnya adalah 12,56%. Percobaan juga dilakukan pada persen zeolit yang lebih tinggi yaitu pada 20% tetapi kadar asam lemak bebas yang diperoleh tidak jauh beda dengan pada persen zeolit 15% sehingga digunakan persen zeolit 15% sebagai nilai optimal. Dari gambar terlihat bahwa untuk semua variabel persen HCl yang digunakan menunjukkan kecenderungan yang sama, tetapi hasil terbaik diperoleh pada persen HCl aktivasi sebesar 4,5%.
Dari percobaan tersebut, diketahui bahwa semakin tinggi persen berat zeolit yang digunakan maka semakin besar penurunan kadar asam lemak bebas sampai pada persen berat zeolit tertentu maka hasil yang diperoleh tetap sehingga diperoleh hasil terbaik pada persen berat zeolit 15%. Selain itu juga diketahui bahwa konsentrasi larutan HCl yang digunakan juga berpengaruh pada proses adsorbsi dan diperoleh hasil terbaik pada konsentrasi larutan HCl 4,5%. Suhu operasi juga berpengaruh dan dari percobaan diketahui bahwa hasil terbaik diperoleh pada kondisi operasi tanpa pemanasan karena pemanasan yang dilakukan kemungkinan dapat meningkatkan kadar asam lemak bebas yang ada dalam minyak kelapa sawit.
4. Percobaan Penurunan Kadar Asam Lemak Bebas Dalam Minyak Goreng Bekas Pakai dengan Cara Kolom
Percobaan penurunan kadar asam lemak bebas dalam minyak kelapa sawit (crude palm oil) dengan cara adsorbsi sistem kolom sulit dilakukan karena minyak kelapa sawit (crude palm oil) masih memiliki kekentalan yang tinggi sehingga sulit untuk mengalir pada tumpukan zeolit. Oleh karena itu, untuk mengetahui kemampuan zeolit alam Lampung dalam proses penurunan kadar asam lemak bebas dengan cara adsorbsi sistem kolom, digunakan minyak goreng bekas pakai yang memiliki kadar asam lemak bebas yang cukup tinggi. Variabel yang digunakan pada percobaan ini adalah laju alir minyak.
Hasil pengamatan dari percobaan penurunan kadar asam lemak bebas cara kolom ini dituangkan dalam gambar 6 berikut ini.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0
5
10
15
Waktu kontak, jam
Kadar FFA, %
v = 30 liter/jam
v = 60 liter/jam
Gambar 6. Grafik hubungan antara waktu kontak terhadap kadar FFA pada variasi laju alir minyak
Gambar 6 menunjukkan bahwa zeolit alam Lampung dapat digunakan sebagai adsorben pada penurunan kadar asam lemak bebas pada minyak kelapa sawit dengan cara adsorbsi sistem kolom dengan variasi laju alir minyak. Hasil terbaik diperoleh pada waktu kontak 5 jam dan laju alir minyak 30 liter/ jam yaitu dengan penurunan kadar asam lemak bebas sebesar 68,07% dari kadar FFA 1% menjadi 0,3825%. Zeolit alam yang digunakan diaktifasi dengan cara fisika menggunakan pemanasan pada suhu 2000C.
Dari hasil percobaan tersebut, diketahui bahwa hasil terbaik diperoleh pada laju alir minyak yang lebih kecil karena dengan laju alir yang lambat akan memperlama waktu kontak antara minyak dengan zeolit sehingga proses adsorbsi yang terjadi lebih sempurna.
KESIMPULAN
Dari hasil percobaan yang dilakukan diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
1. Zeolit alam Lampung yang digunakan dapat dipakai sebagai adsorben pada proses penurunan kadar asam lemak bebas pada minyak kelapa sawit (crude palm oil) dan minyak goreng bekas.
2. Zeolit dapat mengadsorbsi asam lemak bebas dalam minyak kelapa sawit dan minyak goreng bekas pakai baik dengan cara batch maupun dengan cara kolom.
3. Cara batch dilakukan dengan kecepatan pengaduk 575 rpm selama 1 jam dan diperoleh hasil terbaik dengan kondisi proses tanpa pemanasan menggunakan persen berat zeolit 15% dan konsentrasi HCl aktifasi 4,5%. Hasil yang diperoleh pada kondisi ini adalah penurunan kadar asam lemak bebas sebesar 17,86% dari kadar asam lemak bebas awal sebesar 5,41% menjadi 4,59%.
4. Cara kolom dilakukan pada reaktor fixed bed yang berisi tumpukan zeolit. Hasil terbaik diperoleh pada waktu kontak 5 jam dan laju alir minyak 30 liter/jam yaitu dengan penurunan kadar asam lemak bebas sebesar 68,07% dari kadar FFA 1% menjadi 0,3825%.
DAFTAR PUSTAKA
---, The Zeolite Group of Mineral, www.yahoo.com/search ---, Zeolite : The Versatile Mineral, www.yahoo.com/search.Arifin, M. dan Komarudin, 1999, Zeolit, Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral, Bandung
Barrer, R.M., 1987, Zeolite And Clay Mineral As Sorbents And Molecule Sieves, Academic Press Inc New York.
Dixon, J.M., 1989, Mineral In Soil Environtment, Soil Science Society of America, Second ed.
Hartley, C.W.S., 1967, The Oil Palm, Longman Green and Co., Ltd., London
HBW Patterson, 1992, Bleaching and Purifying Fats and Oils, American Oil Chemistry Illensis.
Husaini, 1990, Percontohan Pengolahan Zeolit Bayah, Laporan Teknik Pengolahan, No. 29, PPTM Bandung
Kawai, T., and tsutsumi, T., The Appearance of Adsorption Ability of Modified Zeolites for Sodium Dodecylsulfate from Its Aqueous Solution, Cplloid & Polymer Sci. 272 : 830-836
Ketaren, S., 1986, Pengantar Teknologi Minyak dan Lemak Pangan, Universitas Indonesia Press, Jakarta.
Kirk, O., 1983, Encyclopedia of Chemical Technology, 2nd ed., vol. 3, Mc. Graw Hill International Book Company, Singapore
Mumpton, F.A., 1984, Natural Zeolite in Zeo-Agriculture, Westview Press.
Mursi, S. dan Minta, R., 1994, Zeolit Tinjauan Literature, Pusat Dokumentasi dan Informasi Ilmiah LIPI, Jakarta
Ritoga M. Yusuf, 1995, Tanah Pemucat (Actifated Bleaching Earth), Makalah Kursus Singkat Di Jurusan Teknik Kimia FT. USU, Medan.
Tsutsumi, K., 1990, Adsorption and Adhesion, Toyohashi University of Technology Japan.
